Tự động hóa mạng phân phối

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐỨC HUY TỰ ĐỘNG HOÁ MẠNG PHÂN PHỐI Chuyên ngành: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã ngành: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ : HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày tháng năm 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ĐỨC HUY Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 25 - 01 - 1983 Nơi sinh : Khánh Hòa Chuyên ngành : Thiết bị, Mạng – Nhà máy điện Khoá : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI: TỰ ĐỘNG HÓA MẠNG PHÂN PHỐI 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tổng quan lưới điện phân phối - Các thiết bị bảo vệ lưới phân phối - Mơ hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Một vài cách thức xử lý tự động lưới điện phân phối - Đánh giá hiệu hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Thử nghiệm lắp đặt DAS có tính đến tiêu độ tin cậy 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/06/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS VŨ PHAN TÚ LỜI CẢM ƠN! Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, giáo viên hướng dẫn Luận Văn Tốt Nghiệp cho tơi Để hồn thành Luận Văn Tốt Nghiệp này, tơi hướng dẫn tận tình thầy suốt trình thực Luận Văn Tơi xin ghi nhớ cơng ơn tình cảm tốt đẹp thầy dành cho thời gian vừa qua Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Bộ môn Hệ thống Điện Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Trong thời gian học tập vừa qua, thầy truyền đạt vốn kiến thức vơ q báu Những kiến thức chuyên môn ngày nâng cao nhờ công ơn giảng dạy thầy cô Tôi xin chúc thầy cô dồi sức khỏe thành công nghiệp giảng dạy Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp Đặc biệt gia đình em Phương Nhi ln bên cạnh, động viên tơi hồn thành Luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009 Học viên Nguyễn Đức Huy MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Phần mở đầu: Lý lựa chọn đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 01 Chương 1: Tổng quan xu hướng phát triển lưới điện phân phối .05 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 05 1.2 Một số đặc điểm lưới điện phân phối .06 1.3 Các giải pháp kỹ thuật giảm tổn thất lưới phân phối .07 1.4 Các đặc điểm cố lưới phân phối 09 1.5 Quy trình phân vùng cố lưới điện phân phối phương pháp thủ cơng .09 1.5.1 Quy trình xử lý cố chạm đất pha lưới trung tính cách đất 09 5.2 Quy trình xử lý cố xuất tuyến bị ngắn mạch .09 1.6 Xu phát triển lưới điện phân phối 10 1.7 Xu phát triển tự động hoá lưới điện phân phối 11 1.8 Một số đặc điểm hai loại tự động hóa 13 1.8.1 TĐH tập trung 13 1.8.2 TĐH phân tán 14 Chương 2: Các thiết bị bảo vệ lưới điện phân phối 15 2.1 Máy cắt Relay 15 2.1.1 Máy cắt .15 2.1.2 Các loại Relay 16 2.2 Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) 16 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo 17 2.2.2 Phạm vi ứng dụng Recloser 21 2.2.3 Chu trình tác động khoảng thời gian đóng lại 23 2.3 Thiết bị đóng cắt tải (LBS) .23 2.4 Dao cách ly phân đoạn tự động (Sectionalizer) 24 2.4.1 Phân loại 25 2.4.2 Các chức Sectionalizer 25 2.4.3 Khả ứng dụng 25 2.4.4 Các nguyên tắc phối hợp Sectionalizer .26 2.5 Dao cách ly (DS) 28 2.6 Cầu chì tự rơi (FCO) 28 2.7 Hiện trạng tự động hoá hệ thống phân phối 29 2.8 Các vấn đề cần giải để tự động hoá lưới điện phân phối 30 Chương 3: Mơ hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối .31 3.1 Giới thiệu chung hệ thống DAS .31 3.2 Hệ thống tự động phân phối điện cho đường dây phân phối không 33 3.2.1 Hệ thống thiết bị DAS giai đoạn 33 3.2.2 Phương pháp phối hợp theo thời gian làm việc ACR Sec 39 3.2.3 Cách làm việc DAS giai đoạn .40 3.2.4 Nhận xét phối hợp hoạt động ACR Sectionalizer .46 3.2.5 Hệ thống thiết bị chức DAS giai đoạn 47 3.2.6 Hệ thống thiết bị chức DAS giai đoạn 53 3.3 Hệ thống tự động phân phối điện cho đường dây cáp ngầm 56 3.3.1 Mục đích hệ thống lưới điện phân phối ngầm 56 3.3.2 Hệ thống DAS cho cáp ngầm 56 3.3.3 Phương pháp dò cố xử lý cố .57 3.4 So sánh hệ thống DAS với hệ thống tự động hóa mạch vòng 58 3.4.1 Giới thiệu chung hệ thống tự động hóa mạch vịng 58 3.4.2 Nguyên tắc hoạt động tự động hóa mạch vịng 58 3.4.3 Cách ly, định lại cấu hình mạng tự động phục hồi 59 3.4.4 Phương pháp phân đoạn cố 60 3.5 Ưu, nhược điểm hệ thống DAS hệ thống tự động hóa mạch vịng 63 3.6 So sánh loại cầu dao dùng cho đường dây phân phối không 64 3.7 So sánh cầu dao dành cho đường dây cáp ngầm .67 3.8 Giải pháp hệ thống thông tin kết nối TCR RTU .68 3.9 Các giải pháp thông tin cáp quang kết nối TCR TCM 69 3.9.1 Giao diện liệu phân bố theo cáp sợi quang FDDI .70 3.9.2 Chế độ truyền kỹ thuật số đồng SDH 71 3.9.3 Chế độ truyền không đồng ATM 74 Chương 4: Truyền thông tin cách thức xử lý cố tự động lưới điện phân phối .75 4.1 Tổng quan hệ thống thông tin 75 4.2 Các hệ thống thông tin hệ thống điện 76 4.2.1 Hệ thống thông tin tải ba 76 4.2.2 Hệ thống thông tin vi ba 80 4.2.3 Hệ thống thông tin sợi quang 83 4.3 Một số ví dụ cách xử lý cố lưới điện phân phối 83 Chương 5: Đánh giá hiệu việc áp dụng công nghệ DAS 89 5.1 Trên phương diện khoa học kỹ thuật .89 5.2 Trên phương diện kinh tế .89 5.3 Công nghệ DAS triển vọng Việt Nam 91 Chương 6: Thử nghiệm lắp đặt DAS cho lưới điện Cam Ranh có xét đến tiêu độ tin cậy hệ thống điện 93 6.1 Phạm vi phương án áp dụng 93 6.2 Mô tả hệ thống 93 6.3 Phương án lắp đặt thí điểm 95 6.4 Các thiết bị đầu cuối RTU .99 6.5 Trạm phân phối trung tâm E28 101 6.6 Các kết lợi ích DAS mang lại 104 Phần kết luận: Ưu, nhược điểm việc áp dụng công nghệ DAS, hướng mở rộng đề tài, kết luận kiến nghị 112 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACR – Automatic Circuit Recloser : Máy cắt tự đóng lại (Recloser) ADC – Area Distribution Center : Trung tâm điều độ miền ATM – Asynchronous Tranfer Mode : Phương thức truyền phi đồng Auto – RMU : Tủ cầu dao liên lạc mạch vòng tự động AMR - Auto Metter Reading : Công nghệ đọc số công tơ từ xa CB – Circuit Breaker : Máy cắt CD – Control Desk : Bàn điều khiển CDL – Computer Data Linker Unit : Thiết bị kết nối liệu máy tính CDS – Central Distribution Substation : Trạm phân phối trung tâm CPU – Central Processing Unit : Bộ xử lý trung tâm CRT - Cathode Ray Tube : Màn hình màu DAS – Distribution Automation System : Hệ thống tự động phân phối điện DDK : Đường dây không DGR – Dicrectional Grounding Relay : Relay chống cố chạm đất có hướng DS – Disconnecting Switch : Dao cách ly FCB – Feeder Circuit Breaker : Máy cắt đầu xuất tuyến FCO – Fuse Cut Out : Cầu chì tự rơi FDDR – Fiber Data Distribution Interface : Hệ thống giao diện số liệu phân phối quang FDR – Fault Detecting Relay : Relay phát cố FSI – Fault Section Indicator : Thiết bị thị vùng cố KB – KeyBoard : Bàn phím G-CRT : Màn hình đồ họa GIS – Geographic Information System : Hệ thống thông tin địa lý GM – Geographic Map : Bản đồ địa lý GS – Gas Switch : Cầu dao cách điện khí SF6 HMI – Human Machine Interface : Giao diện người máy LBS – Load Break Switch : Dao cắt có tải LP – Laser Printer : Máy in PVS – Pole-mounted Vacuum Switch cột : Cầu dao tự động loại chân không treo REC – Reclosing Relay : Relay đóng lại RTU – Remote Terminal Unit : Thiết bị đầu cuối RMU – Ring Main Unit: : Thiết bị mạch vòng RMS – Ring Main Switchgear : Tủ cầu dao liên lạc mạch vòng RF – Feeder Recloser : Recloser nhánh RM – Mid-point Recloser : Recloser trung gian RT – Tie Recloser : Recloser phân đoạn SAS – Substation Automation System : Tự động hóa trạm biến áp SCADA – Supervisory Control and Data Acquition System: Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát Sectionalizer : Dao cách ly phân đoạn tự động SHD – Synchronous Digital Hierarchy : Trật tự số đồng SPS – Source Power Supply : Máy biến áp cấp nguồn thao tác STP – Shielded Twisted Pair : Cáp bọc voặn xoắn TCM – TeleControl Master Unit : Máy tính chủ điều khiển từ xa TCR – TeleControl Receiver Unit : Bộ tiếp nhận tín hiệu điều khiển từ xa TRD – Transducer : Bộ biến đổi VDU – Visual Dislay Unit : Khối hiển thị VS – Vacuum Switch : Cầu dao chân không DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Các thơng số kỹ thuật Recloser hãng Copper Bảng 2-2 Dải thời gian định cua loại Recloser hãng khác Bảng 3-1 Các thơng số kỹ thuật cầu dao PVS Bảng 3-2 Thơng số thời gian đóng lặp lại Bảng 3-3 So sánh loại cầu dao có cấp điện áp phân phối đường dây không Bảng 3-4 So sánh cầu dao SF6 cầu dao chân không Bảng 3-5 So sánh cầu dao 24kV cho đường dây cáp ngầm Bảng 3-6 So sánh hệ thống thông tin kết nối TCM – TCR Bảng 3-7 So sánh giải pháp truyền thông hệ thống DAS ADC Bảng 6-1 Các thông số relay bảo vệ TOSDAC-G303 Bảng 6-2 Kết nối TCM PC Bảng 6-3 Kết nối TCM RTU Bảng 6-4 Các thơng số để tính tốn độ tin cậy xuất tuyến 471E28 Bảng 6-5 Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 chưa có Sec Bảng 6-6 Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 sau có Sec Bảng 6-7 Bảng so sánh hai phương án số tin cậy xuất tuyến 471E28 Bảng 6-8 Sản lượng điện thương phẩm không bị ứng dụng Sec Luận Văn Thạc Sĩ Trang 104 - Phần lưu trữ liệu thiết bị Chức ghi chép thông tin, liệu bảo dưỡng để giám sát thay đổi thiết bị để thông báo cho thiết bị thay đổi chép lại thông số nhận dạng thiết bị  Khối đường truyền đường dây thông tin Mục tiêu hệ thống DAS khả giao tiếp thiết bị cần điều khiển/thu thập thông tin nhân viên vận hành khoảng thời gian độ xác định Các thiết bị truyền thơng có vai trị quan trọng q trình lại hồn tồn suốt nhân viên vận hành (họ không quan tâm đến việc thiết bị truyền thông hoạt động nào) Các kiến trúc thiết bị truyền thông cần đơn giản tốt, việc phân tích kỹ u cầu truyền thơng tính sẵn sàng hạ tầng truyền thơng dự án cho vừa kinh tế lại vừa đảm bảo chức cần thiết Hiện tại, số hệ thống thông tin sử dụng kênh radio loại cáp xoắn đôi (1 cặp gửi tín hiệu cặp nhận) Với việc xây dựng tòa nhà cao tầng làm giảm chất lượng chí gây gián đoạn khoảng nửa số kênh hình thức truyền dẫn radio Cáp xoắn đơi loại bỏ tín hiệu nhiễu tượng cảm ứng điện từ với đường dây điện tốc độ, dung lượng khoảng cách truyền dẫn có hạn nhược điểm cho trao đổi thông tin với hệ thống trung tâm Công nghệ cáp quang phát triển đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin ngày lớn hệ thống máy chủ thiết bị đầu cuối, công ty Điện lực triển khai mạng điện thoại cáp quang nội hạt cáp quang lựa chọn tối ưu (cả tận dụng mạng lưới có sẵn) việc truyền thông tin liên lạc thiết bị với DAS Tại đầu thiết bị RTU, TCR, TCM cáp quang bấm đầu cosse theo cổng giao tiếp RS232, RS485…để thông tin đến trung tâm điều khiển cách nhanh chóng hiệu 6.6 Các kết lợi ích DAS mang lại  Nâng cao độ tin cậy cho lưới điện Hệ thống DAS lưới điện Cam Ranh việc phát điện, cách ly cố phục hồi cấp điện cho phần không bị cố thực tự động Thời gian xác GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 105 định phân vùng cố đường trục khoảng phút (thời gian xác định cách ly khu vực bị cố) Nếu tính thời gian người vận hành kiểm tra tín hiệu máy tính lấy thời gian tối đa phút đường dây khơng có số phân vùng lớn Đây ưu điểm to lớn mà cơng nghệ DAS mang lại có ý nghĩa tương lai ngành Điện phải bồi thường thiệt hại cho khách hàng diện gây Áp dụng tính tốn tiêu tin cậy hệ thống điện trước sau sử dụng DAS thực phần sau  Các tiêu độ tin cậy hệ thống điện s   i i s : Thông số hư hỏng (cường độ cố) xác suất cố trung bình xảy đơn vị thời gian (1/năm) Us =  i ri Us : Hệ số không làm việc (sự cố)  i ri rs = Us s  i  i i rs : Thời gian hư hỏng trung bình (thời gian cần thiết để sửa chữa cố) SAIFI : Chỉ tiêu tần suất ngừng cung cấp điện hệ thống N N c SAIFI = = i Toång số phụ tải bị ngừng cung cấp điện Tổng số số phụ tải phục vụ i : Nút phụ tải tính tốn Ni : Số phụ tải nút i Nc : Số phụ tải ngừng cung cấp điện SAIDI : Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống SAIDI = U N N c c = i Toång khoảng thời gian ngừng cung cấp điện cho phụ tải Tổng số phụ tải phục vụ CAIDI : Thời gian ngừng cung cấp điện cho phụ tải trung bình ∑Uc NC = Tổng khoảng thời gian ngừng cung cấp điện cho phụ tải CAIDI = Tổng số số phụ tải bị ngừng cung cấp điện ∑ Nc ASAI : Chỉ tiêu độ tin cậy việc cung cấp điện ASAI = ∑N i * 8760 - ∑U i * N i ∑N i * 8760 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 106 Theo thống kê trạm E28,các thông số suất cố (1/năm), thời gian hư hỏng r (giờ) số lượng phụ tải nhánh cho bên Bảng 6-4: Các thông số để tính tốn độ tin cậy xuất tuyến 471E28 Suất cố  Thời gian hư Số lượng phụ tải (1/năm) hỏng r (h) nhánh Li a 0,2 3,0 600 b 0,15 3,0 400 c 0,10 3,0 430 d 0,22 3,0 320 e 0,25 3,0 300 Đường dây  Đối với hệ thống lưới điện 471E28 chưa sử dụng Sec Ta thay phụ tải xuất tuyến 471E28 phụ tải tập trung Tại nhánh rẽ dùng cầu chì (hoặc dao cách ly) để cắt cố từ nhánh rẽ Lúc số độ tin cậy cho bảng 6-5 Bảng 6-5: Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 chưa có Sec Phần tử a b c d e Tổng cộng Nút tải L1 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 3,0 0,45 0,10 3,0 0,3 0,22 3,0 0,66 0,25 3,0 0,75 0,50 2,0 Nút tải L2 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 3,0 0,45 0,10 3,0 0,3 0,22 3,0 0,66 0,25 3,0 0,75 1,00 0,32 1,42 2,65 Nút tải L3 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 3,0 0,45 0,10 3,0 0,3 0,22 3,0 0,66 0,25 3,0 0,75 3,76 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt 1,24 2,0 2,74 0,64 3,40 0,25 2,0 0,5 1,17 2,79 3,26 HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Phần tử Trang 107 Nút tải L4 r  0,2 0,15 0,10 0,22 0,25 0,15 U  0,2 0,15 0,10 0,22 0,25 Nút tải L5 r a 3,0 0,6 3,0 b 3,0 0,45 3,0 c 3,0 0,3 3,0 d 3,0 0,66 3,0 e 3,0 0,75 3,0 2,0 0,3 0,4 2,0 Tổng 1,07 2,86 3,06 1,32 2,70 cộng - Chỉ tiêu tần suất trung bình ngừng cung cấp điện hệ thống SAIFI ∑N ∑N SAIFI = = c ∑ λ N ∑N i = i U 0,60 0,45 0,30 0,66 0,75 0,80 3,56 i i 1, 42 * 600 + 1, 24 * 400 + 1,17 * 430 + 1, 07 * 320 + 1, 32 * 300 = 1, 26 (lần/năm) 600 + 400 + 430 + 320 + 300 - Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống SAIDI = ∑U N ∑N c i i = , 76 * 600 + , * 400 + , 26 * 430 + , 06 * 320 + , 56 * 300 = , 45 (h/năm) 600 + 400 + 430 + 320 + 300 - Thời gian ngừng cung cấp điện cho phụ tải trung bình CAIDI = ∑ N d ∑U N = ∑N ∑λ N c c c = i i i , 76 * 600 + , * 400 + , 26 * 430 + , 06 * 320 + , 56 * 300 = , 73 (h/năm) 1, 42 * 600 + 1, 24 * 400 + 1,17 * 430 + 1, 07 * 320 + 1, 32 * 300 - Chỉ tiêu độ tin cậy việc cung cấp điện ASAI ASAI = = ∑N i * 8760 - ∑U i * N i ∑N i * 8760 2050 * 8760 - 7065 = , 999607 2050 * 8760  Đối với hệ thống lưới điện 471E28 sử dụng Sec Nâng cao độ tin cậy mạng cách phân đoạn nhánh cầu dao có chức phân đoạn tự động Khi có cố nhánh 2, máy cắt đầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 108 nguồn mở, sau cách ly nhánh cố dao cách ly Sec đóng nguồn trở lại cho mạng Thời gian cô lập đường dây cố dao cách ly Sec phút = 0,05 Lúc tiêu độ tin cậy tính bảng 5-6 Nhận thấy độ tin cậy nút tăng lên, gần nguồn độ tin cậy cao Độ tin cậy nút không thay đổi hư hỏng đoạn e, tác động dao cách ly Sec không làm thay đổi trạng thái phụ tải nút Bảng 6-6: Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 sau có Sec Phần tử a b c d e Tổng cộng Phần tử a b c d e Tổng cộng Nút tải L1 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 0,05 0,075 0,10 0,05 0,05 0,22 0,05 0,011 0,25 0,05 0,075 2,0 0,50 1,00 Nút tải L2 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 3,0 0,45 0,10 0,05 0,05 0,22 0,05 0,011 0,25 0,05 0,075 0,32 1,42 0,83  0,2 0,15 0,10 0,22 0,25 0,15 1,07 1,18 2,0 1,24 1,48 Nút L4 r U 3,0 3,0 3,0 3,0 0,05 2,0 0,6 0,45 0,3 0,66 0,0125 0,3 2,17 GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt 2,32 Nút tải L3 r U  0,2 3,0 0,6 0,15 3,0 0,45 0,10 3,0 0,3 0,22 0,05 0,011 0,25 0,05 0,075 0,64 1,83  0,2 0,15 0,10 0,22 0,25 0,25 2,0 0,5 1,17 1,66 1,94 Nút L5 r 3,0 3,0 3,0 3,0 U 3,0 0,6 0,45 0,3 0,66 0,75 0,4 2,0 0,80 1,32 2,70 3,56 HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 109 - Chỉ tiêu tần suất trung bình ngừng cung cấp điện hệ thống SAIFI ∑N ∑N SAIFI = = c ∑ λ N ∑N i = i i i 1, 42 * 600 + 1, 24 * 400 + 1,17 * 430 + 1, 07 * 320 + 1, 32 * 300 = 1, 26 (lần/năm) 600 + 400 + 430 + 320 + 300 - Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống SAIDI = ∑U N ∑N c i i = 1,18 * 600 + 1,83 * 400 + 1, 94 * 430 + , 32 * 320 + , 56 * 300 = 1, 99 (h/năm) 600 + 400 + 430 + 320 + 300 - Thời gian ngừng cung cấp điện cho phụ tải trung bình CAIDI = ∑ N d ∑U N = ∑N ∑λ N c c c = i i i 1,18 * 600 + 1,83 * 400 + 1, 94 * 430 + , 32 * 320 + , 56 * 300 = 1, 58 (h/năm) 1, 42 * 600 + 1, 24 * 400 + 1,17 * 430 + 1, 07 * 320 + 1, 32 * 300 - Chỉ tiêu độ tin cậy việc cung cấp điện ASAI ASAI = = ∑N i * 8760 - ∑U i * N i ∑N i * 8760 2050 * 8760 - 084,6 = , 999773 2050 * 8760  Nhận xét Bảng 6-7: Bảng so sánh hai phương án số tin cậy xuất tuyến 471E28 Thứ tự Chỉ số độ tin cậy Phương án SAIFI Phương án 1,26 SAIDI 3,45 1,99 CAIDI 2,73 1,58 ASAI 0,999607 0,999773 1,26 Từ kết tính tốn ta nhận thấy tự động hoá lưới điện phân phối, số độ tin cậy cung cấp điện như: Tần suất điện trung bình hệ thống (SAIFI), thời gian điện trung bình hệ thống (SAIDI), thời gian điện GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 110 trung bình khách hàng (CAIDI), tiêu độ tin cậy cung cấp điện (ASAI) nâng lên đáng kể  Giảm nhân viên vận hành chi phí vận hành bảo dưỡng Việc áp dụng DAS ứng dụng công nghệ tiên tiến giúp Điện lực Cam Ranh nâng cao việc quản lý vận hành lưới điện, tăng cường khả theo dõi, giám sát chất lượng điện Từ nhân viên vận hành đưa phương án phù hợp cho công tác cải tạo, mở rộng, nâng cấp lưới điện cho phù hợp Bên cạnh đó, áp dụng cơng nghệ tự động tất yếu dẫn đến tinh giảm nhân viên phí cho phận nhân viên thao tác trực tiếp giảm đáng kể Đây xu hướng tương lai Điện lực phải tiến hành xây dựng trạm biến áp vận hành không người trực để tận dụng thành tựu công nghệ tiết kiệm chi phí  Giảm tổn thất điện tăng khả tải đường dây Khi ứng dụng DAS, với thiết đóng cắt tự động giúp điều khiển thời gian thực, kịp thay đổi phù hợp với biến động phụ tải lưới điện chế độ xác lập DAS có khả truyền tải cho phép điều khiển tối ưu chế độ hệ thống điện Ví dụ: hệ thống mạch vòng đơn, hệ số tải đường trục khoảng 50% - 60%, phần lại để dự phòng cố đường dây phân phối Lúc ta tăng số điểm nối mạch vịng lên hệ số tải đường trục tăng lên (các nguồn khác phải có khả cung cấp cho điểm mở mạch vòng)  Tăng doanh thu tăng thêm sản lượng điện Xuất tuyến 471E28 chia thành phân vùng, giả sử cố xảy vùng d đoạn CD xuất tuyến Cơng suất trung bình xuất tuyến 7000 KVA Với giá trị trung bình cos = 0,9 cơng suất tải phân vùng cho sau GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Công suất Trang 111 Số phân Công suất Hệ số tải Công suất Cơng suất thực tải trung bình vùng trung bình trung trên phân đoạn phân đoạn 471E28 phân đoạn đường (KVA) (KVA) bình ( KVA) (kW) dây a b c = a/b d e=c*d f = e * 0,9 7000 1400 0,7 980 882 Cơng suất thực tải trung bình phân đoạn 882 kW Sảng lượng điện (điện thương phẩm) không bị lắp đặt DAS tính sau Bảng 6-8: Sản lượng điện thương phẩm không bị ứng dụng Sec Số phân đoạn Công suất tải Thời gian Thời gian Điện thương phân điện chưa điện phẩm không vùng áp dụng DAS ứng dụng bị (h) DAS (h) (kWh) Vùng a 882 0,05 1720 Vùng b 882 0,05 1720 Vùng c 882 0,05 1720 Vùng d 882 Vùng e 882 Tổng 4410 0,05 1720 6880 Nếu số vụ cố/1lộ.năm 2,5 vụ sản lượng điện khơng bị cố năm xuất tuyến 471E28 6880 * 2,5 = 17.200(kWh) Như vậy, với trạm E28 với xuất tuyến sản lượng điện thương phẩm không bị * 17200 = 86.000 (kWh) GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 112 PHẦN KẾT LUẬN Hướng mở rộng đề tài Các tiến vượt bậc gần lĩnh vực phần cứng, phần mềm, thiết bị truyền thông cho phép truyền tải, lưu trữ xử lý liệu lớn với tốc độ cao Vì vậy, điện lực nước ta tập trung vào lĩnh vực công nghệ thông tin tự động hoá phương tiện hiệu để tối ưu hoá việc vận hành lưới điện Công nghệ DAS giúp ta khoanh vùng cố nhanh, giảm thời gian điện, theo dõi chặt chẽ thơng số vận hành lưới Việc tích hợp cơng nghệ DAS SAS với hệ thống SCADA giúp ta khai thác triệt để toàn chức tự động hoá vận hành lưới điện phân phối Hệ thống SCADA chi phí đầu tư lớn không khai thác hết lực điều khiển vận hành hệ thống, tính tự động phân vùng cố Nếu thời gian điều kiện cho phép, đề tài phát triển theo hướng sâu vào nghiên cứu cơng nghệ tự động hố trạm SAS SCADA để với công nghệ DAS đề xuất giải pháp tự động hoá vận hành lưới điện cách triệt để tối ưu chi phí đầu tư Sau xin giới thiệu sơ lược hệ thống SAS SCADA 1.1 Tự động hóa trạm biến áp SAS Trạm biến áp chia làm loại: trạm với thiết bị phân phối cách điện khơng khí khí SF6 Các chức hệ thống tự động hóa trạm biến áp trạm khác nhau, tùy yêu cầu, nhiệm vụ cần phải có trạm biến áp  Điều khiển giám sát thiết bị thứ  Xuất thông tin trạm theo trình tự thời gian  Giám sát hoạt động toàn hệ thống điều khiển trạng thái tất thiết bị điều khiển bảo vệ  Ghi nhận nhiễu loạn  Ghi lại cố xảy trạm  Màn hình điều khiển với nhiều mức điều khiển khác nhau, theo cấp điện áp hay toàn trạm  Đồng thời gian điều khiển với GPS  Kết nối với hệ thống SCADA với trung tâm điều độ hệ thống điện  Kết nối với hệ thống bảo vệ diện rộng WAP GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 113  Điều khiển, giám sát, bảo trì hệ thống qua Internet Trạm tự động hóa đồng nghĩa trạm hầu hết thiết bị điều khiển thơng qua hệ thống máy tính chủ tức xử lý trung tâm trạm Đây nơi lưu trữ liệu, tính tốn, điều khiển, diện thơng tin trạm khuôn dạng khác giao diện người sử dụng chỗ, cất giữ thơng tin cho cơng việc phân tích tương lai lưu giữ ghi Sự giám sát tình trạng thiết bị yêu cầu hệ thống tự động hóa trạm biến áp Các trạng thái đèn hiển thị, đồng hồ thị áp suất khí SF6, đồng hồ đo dịng điện, điện áp, nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu máy biến thế… thị qua hình HMI (Human Machine Interface) Bên cạnh đó, cịn có chứa thu thập liệu, kiện xảy trạm Toàn thông tin trạm đưa xử lý trung tâm để xử lý, lệnh điều khiển đến ngăn lộ truyền thông tin trung tâm điều độ qua hệ thống SCADA Các thiết bị việc thu thập liệu bao gồm: card điều khiển trung tâm DAC (Data Acquisition & Control), đơn vị điều khiển ngăn lộ – Bay Control Unit (điều khiển truyền thông tin điều khiển trung tâm) v.v Giao thức truyền thông thiết bị điện tử thông minh trước thường dùng DNP 3.0, IEC 60870-5-101, Profibus, Modbus Vì giao thức từ nhiều nhà sản xuất khác trao đổi thông tin lẫn thiết bị, từ đó, đời tiêu chuẩn IEC 61850 nhằm giải vấn đề Hình Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 114 1.2 Hệ thống SCADA Hệ thống SCADA trái tim hoạt động quản lý điều hành hệ thống điện áp dụng thành tựu tổng hợp ngành công nghệ thông tin, kỹ thuật số thông tin viễn thông Nguyên tắc làm việc hệ thống SCADA có chức chính: thu thập liệu, điều khiển giám sát trạng thái làm việc nhà máy điện trạm biến áp [6]  Thu thập liệu: Dữ liệu từ trạm biến áp nhà máy điện chia làm ba loại  Dữ liệu trạng thái: trạng thái máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, khoá điều khiển từ xa/tại chỗ v.v Các cảnh báo bảo vệ  Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, công suất phản kháng MVar, điện áp, dịng điện, vị trí nấc biến áp v.v  Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện kWh, kVar v.v Các liệu trạng thái từ relay trung gian đưa đến đầu vào số RTU, liệu tương tự từ cuộn thứ cấp máy biến dòng điện điện áp đưa vào biến đổi, đầu biển đổi đưa vào đầu vào tương tự RTU Tại RTU liệu số hố thơng qua kênh truyền (giao thức) gửi trung tâm điều độ  Điều khiển: Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA Trung tâm Điều độ thông qua kênh truyền gửi đến RTU (hoặc SAS), lệnh điều khiển là:  Lệnh đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa (open/close)  Lệnh điều khiển tăng giảm (Raise/lower)  Lệnh điều khiển thay đổi giá trị đặt (Setpoint)  Giám sát: Dữ liệu thu thập từ trạm trung tâm điều khiển máy tính xử lý  Hiển thị sơ đồ, bảng biểu dạng đồ thị xu hướng  Đối với liệu trạng thái (máy cát, dao cách ly, cảnh báo v.v .) phát có thay đổi trạng thái hệ thống SCADA phát cảnh báo âm dịng thơng báo để lơi kéo ý người vận hành GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 115  Đối với liệu giá trị đo xa, liệu nhận kiểm tra so sánh với ngưỡng ngưỡng (đã định trước), giá trị đo bị vi phạm hệ thống phát cảnh báo cho người vận hành Các ưu điểm hạn chế áp dụng công nghệ DAS  Ưu điểm  Ứng dụng công nghệ DAS nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, góp phần giải khó khăn nguồn điện hạn chế vùng chịu ảnh hưởng điện có cố đường dây  Việc áp dụng DAS tăng cường theo dõi, giám sát chất lượng điện để đưa phương án phù hợp cho công tác cải tạo, mở rộng lưới điện, chống tải  Sẽ khai thác tối đa hiệu ghép nối hệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS, tự động hóa trạm SAS hệ thống SCADA thành hệ thống hồn chỉnh  Kết hợp với cơng nghệ đọc số công tơ từ xa AMR (Automatic Meter Reading) thực tự động hoá trọn vẹn khâu phân phối sử dụng điện  Kỹ thuật đại, phù hợp với xu phát triển tương lai  Hạn chế  Khi áp dụng công nghệ DAS, độ tin cậy cung cấp điện chưa đạt mức độ tuyệt đối  Hệ thống DAS loại bỏ điểm cố cịn đóng cắt nhiều lần, khó phù hợp với khách hàng có yêu cầu chất lượng điện cao, khách hàng công nghiệp  Chưa kết hợp giải toán quản lý lượng EMS tính tốn lưới điện phân phối, chủ yếu giải tối ưu phân vùng cố  Giá thành đầu tư cơng trình tốn giai đoạn đầu  Khi áp dụng công nghệ DAS tinh giảm bố trí lại lực lượng cơng nhân vận hành gây khó khăn định cho nhà quản lý lao động  Công nghệ nên chưa có kinh nghiệm việc vận hành, bảo trì, sửa chữa, thí nghiệm… GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy Luận Văn Thạc Sĩ Trang 116 Kết luận kiến nghị  Công nghệ DAS trình bày phù hợp cho dạng kết cấu lưới phân phối Việt Nam  Đối với lưới điện phân phối khu đô thị nên dùng kết cấu mạng kín vận hành hở thơng qua mạch liên kết trung áp trạm 110kV, 220kV Hạn chế sử dụng thiết bị Recloser mạng kín vận hành hở mà nên dùng thiết bị DAS  Đối với đường dây trung ngầm, thiết bị phân phối lựa chọn Auto-RMU thay chọn RMU khơng có khơng gian đặt motor truyền động biến dòng điện, biến điện áp, card thông tin…  Khi cải tạo nâng cấp lưới điện phân phối sang cấp điện 22kV, từ đầu cần đặt yêu cầu tự động hoá Ưu tiên áp dụng công nghệ tự động DAS, SAS để giảm thiểu thời gian điện cố  Dùng buồng cắt chân không để hạn chế bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng thay so với dùng buồng cắt chứa SF6  Giải pháp thông tin, giao thức truyền tin cần lựa chọn quán theo chuẩn quốc gia./ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt HVTH: Nguyễn Đức Huy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Bảo vệ relay tự động hóa hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [2] TS Nguyễn Hồng Thái, Phần tử tự động Hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1998 [3] TS Hồ Văn Hiến, Hệ thống Điện truyền tải phân phối, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [4] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [5] Hồng Hữu Thận, Áp dụng hệ tự động phân phối điện (DAS) lưới điện phân phối Việt Nam,Tạp chí Điện Đời sống, số 99-100 [6] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện quốc gia, Vận hành hệ thống điện, 2005 [7] Nguyễn Huỳnh Đăng Khoa, Phân tích đánh giá trạng thiết bị đóng/ngắt lưới điện phân phối Tp.HCM triển vọng áp dụng mạng SCADA, Luận văn thạc sĩ, Thư viện Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2005 [8] Nguyễn Đức Thành, ĐHBK TP.Hồ Chí Minh, “Matlab ứng dụng điều khiển,” NXB ĐHQG TP.HCM, 2005 [9] Hoàng Dũng, Võ Khắc Hồng, Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 2(25) – 2008 [10] Toshiba Corporation Institute, Project for introduction of distribution automation system in SRV, Sep.2001 [11] Nulec Industries PTY LTD, Loop Automation User Manual, 2000 [12] Specification of equipment for DAS, Toshiba 2003 – 2005 [13] Installation Instructions, Siemems 2000 [14] Power transmission and distribution, Siemens 1993 [15] Cooper Power Systems, Electrical Distribution Systems Protection, 1991 [16] Groupe Schneider, Electrical installation guide, 1996 [17] Toshiba, Distribution automation equipment, 1996 [18] Nulec Industries PTY LTD, Electrical switchgear egnineers and automation specialists NLL-LEC,1998 [19] Technical description for a self supporting aerial cable containing standard single mode fibers, Corning, 2001 [20] Tepsco, Distribution Automation System, 2008 [21] David J.Dolezilek, Power System Automation, Schweitzer Engineering laboratories, Inc, Pullman, WA USA [22] D Bassett, K Clinard, J Grainger, S Purucker, and D Ward, “Tutorial Course: Distribution Automation”, IEEE Tutorial Publication 88EH0280-8-PWR, 1988 [23] K Ghoshal, “Distribution Automation: SCADA Integration is Key”, IEEE Computer Applications in Power, January 1997 [24] J D McDonald, “Substation Automation: IED Integration and Availability of Information”, IEEE Power and Energy Magazine, pp 22-31, March/April 2003 [25] L A Kojovic, and T R Day, “Advanced distribution system automation”, IEEE/PES T&DConf and Expo., vol.1, pp.348 -353,Sept 2003 [26] T Choi, K.Y Lee, D R Lee, and J K Ahn, “Communication System for Distribution Automation Using CDMA,” IEEE Trans on Power Delivery, vol 23, no 2, Apr 2008 [27] ABB, Products – Distribution Control Available:http://www.abb.com/product [28] EPRI Tech Report, “Guide to Implementing Distribution Automation Systems Using IEC 61850,” Dec 2002 ... VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 Giới thiệu chung hệ thống DAS Tự động phân phối điện DAS hệ tự động kiểm soát chế độ làm việc mạng phân phối, phát phần tử... MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống tự động hóa theo hướng tập trung Hình 1.2 Hệ thống tự động hóa theo hướng phân tán Hình 1.3 Tự động hóa tập trung Hình 1.4 Tự động hóa phân tán Hình 2.1 Cấu tạo buồng... hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Một vài cách thức xử lý tự động lưới điện phân phối - Đánh giá hiệu hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Thử nghiệm lắp đặt DAS có