Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM

Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM

TÓM TẮT Để đảm bảo cung cấp điện với chất lượng ngày cao, cụ thể giảm thời gian khu vực điện xảy cố, việc áp dụng ngày rộng rãi tự động hóa lưới điện yêu cầu thiết Đặc biệt lưới điện khu vực Tp.Hồ Chí Minh – trung tâm kinh tế văn hóa xã hội công nghệ cao nước Đề tài tập trung trình bày phương pháp thu thập, giám sát điều khiển thiết bị đóng cắt lưới điện, tư phát phân đoạn lưới điện bị cố, cô lập phần tử cố khôi phục cung cấp điện phân đoạn không bị cố Chức Miniscada áp dụng nhiều nước Việt nam lần thực lưới điện khu vực đô thị TPHCM với đặc điểm lưới điện phức tạp, có nhiều số bật vượt cấp Để thực chức Miniscada mạch vòng cụ thể phải giải nhiều vấn đề kỹ thuật có liên quan SCADA, truyền thông 3G, điều khiển xa, bảo vệ rơ le, thiết bị bảo vệ Việc triển khai vào thực tế vận hành lưới điện đem lại nhiều kinh nghiệm thực tiễn, làm sở vững cho việc mở rộng chức tự động hóa sau lưới điện Một hướng tất yếu cơng đại hóa ngành mũi nhọn kinh tế, ngành Điện lực v ABSTRACT To ensure power supply with increasing quality, namely reducing the time and blackout areas when incidents occur, then the application of increasingly widespread on the grid automation is an urgent demand Especially on the Power Network of Ho Chi Minh City – the social economic and high technology center in Vietnam The thesis focuses to presente an automation method on the grid, which is automatic detection of fault segments on the grid, isolation the breakdown element and restore power supply for normal segments Miniscada has been applied in many countries but this is the first performent in Vietnam, on the grid in Ho Chi Minh city with many complex faults To perform the function of Miniscada on a specific loop, we have to solve many technical problems involved as SCADA, 3G communication, remote control, protection relays, programming, protection devices The implement of Miniscada in a real network has brought many practical experiences It makes a solid base for the expansion of the automation functions later on the grid That is an indispensable way to modernizate electricity industry vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài i Lý lịch khoa học vii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Abstract .vi Mục lục vii Danh sách từ viết tắt ix Danh sách bảng .x Danh sách hình xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Hiện trạng lưới điện khu vực TP.HCM 1.1.2 Quá trình phát triển HT SCADA 1.1.3 Hiện trạng hệ thống SCADA TP.HCM .3 1.1.4 Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP.HCM 1.1.5 Sự cần thiết đầu tư HT SCADA/DMS 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài .7 1.5 Giới hạn …………………………………………………………………… 1.6 Nội dung nghiên cứu……………………………………………………… Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 21 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MINISCADA TRÊN MỘT LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 21 3.1 Các tính vận hành dựa sơ đồ Miniscada 22 3.2 Khả áp dụng sơ đồ Miniscada lưới điện TP.HCM 23 3.3 Lựa chọn mạch vịng để triển khai ứng dụng tính MiniScada 23 3.4 Lựa chọn thiết bị đóng cắt có khả điều khiển xa: .24 3.5 Lựa chọn phương thức truyền thông phương thức kết nối 27 vii 3.6 Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập liệu điều khiển .28 3.7 Xây dựng giao diện HMI để giám sát vận hành hệ thống 28 3.8 Xây dựng chế độ vận hành điều khiển từ xa qua hệ thống Miniscada 31 3.7 Xây dựng kịch cố điện xảy 32 3.8 Xây dựng mơ hình thử nghiệm mạch vòng Miniscada .33 3.9 Xây dựng phương thức hoạt động hệ thống để cô lập phần tử cố, tái lập cung cấp điện 36 Chương 56 XÂY DỰNG MƠ HÌNH, QUY TRÌNH, PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐỂ CÔ LẬP PHẦN TỬ SỰ CỐ, TÁI LẬP CUNG CẤP ĐIỆN 56 4.1 Các lưu đồ để xây dựng mơ hình cho mạch vịng Miniscada: 56 4.2.Vận hành mạch vòng trung Miniscada lưới điện có cố: 62 Chương 65 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH – KIỂM CHỨNG - PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ RƠ LE TRÊN MẠCH VÒNG TRUNG THẾ 65 5.1 Tổng quan cơng tác tính tốn ngắn mạch bảo vệ rơ le 65 5.2 Tính tốn ngắn mạch mạch vịng thử nghiệm 66 5.3 Chọn trị số chỉnh định rơle mạch vòng thử nghiệm 70 5.4 Xem xét kiểm chứng đánh giá việc phối hợp bảo vệ rơle mạch vòng .72 Chương PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN .73 6.1 Đánh giá hiệu đề tài .73 6.2 Khả trì, phát triển mở rộng ứng dụng hệ thống Miniscada .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition - DMS: Distribution Management System - EMS: Energy Management System - HMI: Human Machine Interface - IEC: International Electrotechnical Commission - EVN: VietNam Electricity - SCC – Short circuit Calculation: tính tốn ngắn mạch - PV – Protection Validation: tính tốn phối hợp bảo vệ - RTU: Remote Terminal Unit - GIS: Geographic Information systems: Hệ thống thông tin địa lý - SAIFI: System Average Interruption Frequency Index: Chỉ số số lần điện trung bình lưới điện phân phối - SAIDI: System Average Interruption Duration Index: Chỉ số thời gian điện trung bình lưới điện phân phối - MC: Máy cắt - RE: Recloser: Thiết bị đóng cắt trung - LBS: Load Break Switch: Thiết bị đóng cắt có tải - RMU: Ring Main Unit - FI: Fault Indicator :Bộ thị cảnh báo cố - Local: chế độ điều khiển thiết bị chổ - Remote: chế độ điều khiển thiết bị từ xa - MBT: Máy biến ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Tín hiệu trạng thái Recloser .26 Bảng 3.2: Tín hiệu đo lường Recloser 27 Bảng 3.3: Tín hiệu điều khiển Recloser 27 Bảng 3.4: Các điều kiện vận hành chế độ điều khiển từ xa 32 Bảng 3.5: Điều kiện nguồn vận hành chế độ điều khiển từ xa 33 Bảng 3.6: Mô tả trường hợp cố nhánh từ RE1đến RE3 32 Bảng 3.7: Mô tả trường hợp cố nhánh từ RE5 đến RE3 .34 Bảng 3.8: Bảng trạng thái hệ thống vận hành bình thường 36 Bảng 3.9: Bảng trạng thái hệ thống sau cố giả lập 36 Bảng 3.10: Trạng thái hệ thống sau chức điều khiển từ xa .38 Bảng 3.11: Ttrạng thái hệ thống sau cố giả lập 39 Bảng 3.12: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 39 Bảng 3.13: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .40 Bảng 3.14: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 40 Bảng 3.15: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .41 Bảng 3.16: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 42 Bảng 3.17: Ttrạng thái hệ thống sau cố giả lập 43 Bảng 3.18: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 43 Bảng 3.19: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .44 Bảng 3.20: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 44 Bảng 3.21: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .45 Bảng 3.22: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 46 Bảng 3.23: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .46 Bảng 3.24: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 47 Bảng 3.25: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .48 Bảng 3.26: Trạng thái hệ thống sau chức điều khiển từ xa .48 Bảng 3.27: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .49 Bảng 3.28: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 49 x Bảng 3.29: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .50 Bảng 3.30: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 51 Bảng 3.31: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .52 Bảng 3.32: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 52 Bảng 3.33: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .53 Bảng 3.34: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 53 Bảng 3.35: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .54 Bảng 3.36: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 55 Bảng 3.37: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .56 Bảng 3.38: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 56 Bảng 3.39: Trạng thái hệ thống sau cố giả lập .57 Bảng 3.40: Trạng thái sau chức điều khiển từ xa 57 xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mơ hình hệ thống SCADA Tổng Cty ĐL TP.HCM Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống SCADA Tổng Cty ĐL TP HCM Hình 1.3: Mơ hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS Tổng Cty ĐL TP.HCM Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc bảo vệ q dịng .11 Hình 2.2: Các loại đặt tuyến rơ le 13 Hình 2.3: Đặt tuyến rơ le loại MDP 15 Hình 2.4: Các họ đặt tuyến chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 18 Hình 3.1: Cấu trúc mạch vịng Miniscada 24 Hình 3.2: Hình ảnh Tủ điều khiển Recloser 25 Hình 3.3: Recloser Cooper sử dụng dự án 25 Hình 3.4: Bảng điều khiển tủ điều khiển Recloser 26 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông thực sơ đồ Miniscada .28 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối tổng thể với mạng SCADA hữu .28 Hình 3.7: Giao diện chung hệ thống Miniscada/DMS 30 Hình 3.8: Giao diện HMI recloser 31 Hình 3.9: Giao diện trạng thái kết nối thơng tin tất thiết bị recloser 31 Hình 3.10: Giao diện liệt kê biến cố trạng thái 32 Hình 3.11: Mơ hình thử nghiệm mạch vịng trạng thái bình thường 33 Hình 3.12: Đấu nối thử nghiệm tủ điều khiển 35 Hình 3.13: Các Recloser thử nghiệm .35 Hình 3.14: Mơ hình cố nguồn trạm CB1 36 Hình 3.15: Mơ hình cố nằm RE1 RE2 → RE1 tác động 38 Hình 3.16: Mơ hình cố nằm RE2 RE3 → RE2 tác động 389 Hình 3.17: Mơ hình cố nằm RE1 RE2 → MC bật vượt cấp 41 Hình 3.18: Mơ hình cố nằm RE2 RE3 → RE1 bật vượt cấp 42 Hình 3.19: Mơ hình cố nằm RE2 RE3 → RE1, RE2 bật 43 Hình 3.20: Mơ hình cố nằm RE2 RE3 → MC CB1 bật vượt cấp 45 Hình 3.21: Mơ hình cố hai nguồn CB1 CB2 46 xii Hình 3.22: Mơ hình cố nguồn CB2 47 Hình 3.23: Mơ hình cố RE5 RE4→RE5 tác động 48 Hình 3.24: Mơ hình cố RE4 RE3→RE4 tác động 50 Hình 3.25: Mơ hình cố RE5 RE4→MC CB2 bật vượt cấp 51 Hình 3.26: Mơ hình cố RE4 RE3→RE5 bật vượt cấp .52 Hình 3.27: Mơ hình cố RE4 RE3→RE4, RE5 tác động 54 Hình 3.28: Mơ hình cố RE4 RE3→CB bật vượt cấp 55 Hình 3.29: Mơ hình cố hai nguồn 56 Hình 4.1: Mơ hình mạch vòng lưới điện 58 Hình 4.2: Lưu đồ chương trình 58 Hình 4.3: Lưu đồ cố nguồn trạm CB1 59 Hình 4.4: Lưu đồ cố RE1 RE2 .60 Hình 4.5: Lưu đồ cố RE2 RE3 .61 Hình 4.6: Lưu đồ cố RE4 RE5 .61 Hình 4.7: Lưu đồ cố RE4 RE3 .62 Hình 4.8: Lưu đồ nguồn trạm CB2 63 Hình 4.9: Sơ đồ Miniscada tuyến dây 22kv An Phú Tây – Cty ĐL Bình Chánh 64 Hình 4.10: Sơ đồ Miniscada tuyến An Phú Tây có cố 65 Hình 4.11: Sơ đồ Miniscada tuyến An Phú Tây khơi phục cố 66 Hình 5.1: Sơ đồ mơ hình phân cấp tính tốn bảo vệ rơ le trạm BA 110kv 67 Hình 5.2: Tính tốn ngắn mạch mạch vịng thử nghiệm 68 Hình 5.3: Mơ hình tính tốn bảo vệ rơ le mạch vòng thử nghiệm 69 Hình 5.4: Sơ đồ Aspen mạch vịng thử nghiệm .71 Hình 5.5: Sơ đồ Aspen hiểm thị tổng trở đoạn dây 72 xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu: Hệ thống SCADA áp dụng rộng rãi lưới điện từ thập niên 80 Đầu tiên hệ thống bao gồm chức thu thập liệu giám sát điều khiển từ xa trạm điện phục vụ cho việc triển khai trạm biến áp không người trực Với phát triển lưới điện công nghệ thông tin ngày đại dẫn đến khả khối lượng liệu thu thập ngày nhiều, việc xử lý thông tin để đánh giá lưới điện, xử lý cố thời gian thực ngày nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu tự động hóa vận hành lưới điện… tăng cường khả giám sát đến thiết bị lưới trung Recloser, LBS, tủ RMU… Điều sở cho việc phát triển HT SCADA/DMS Hiện hệ thống SCADA/DMS áp dụng nhiều nước có nhiều kết thực tế Tuy nhiên Việt Nam trình nghiên cứu triển khai xây dựng Hệ thống SCADA/DMS lưới điện TP.HCM dự kiến hoàn tất đưa vào vận hành vào cuối năm 2019 Hệ thống SCADA lưới điện TP.HCM đầu tư từ năm 1998, trải qua 17 năm hoạt động lần nâng cấp, hệ thống vận hành nói chung ổn định đáp ứng yêu cầu giám sát điều khiển xa 50 trạm điện 110kV Tổng công ty Điện lực TP.HCM Hệ thống SCADA thu thập từ xa tín hiệu trạng thái thiết bị trạm tình trạng đóng cắt máy cắt, dao cách ly, tín hiệu báo động… tín hiệu đo lường dịng áp, cơng suất, nhiệt độ…và cung cấp cho điều độ viên khả điều khiển thao tác máy cắt, dao cách ly, đổi nấc máy biến Hệ thống phương tiện hữu hiệu cho Điều độ viên giám sát vận hành lưới điện an toàn, giảm thời gian điện Tuy nhiên với việc lưới điện ngày mở rộng, khối lượng tín hiệu SCADA ngày lớn, việc giám sát điều khiển xa lưới điện không dừng trạm điện mà đòi hỏi phải đến thiết bị điện lưới Recloser, thiết bị LBS, tủ RMU…đồng thời với yêu cầu đại hóa lưới, nâng cao chất lượng cung - Việc tự thực hệ thống Miniscada tiết kiệm lượng chi phí đáng kể hàng triệu USD khơng phải thuê nhà thầu nước thực hiện, giảm chi phí bảo trì sửa chữa sau Hiệu mặt người: - Qua việc tự thực hệ thống Miniscada tạo điều kiện cho đội ngũ cán kỹ thuật Tổng Công ty Điện lực nói chung Trung tâm Điều độ nói riêng có hội động lực tìm hiểu cơng nghệ mới, đạt đến mức làm chủ công nghệ, nâng cao trình độ, sẵn sàng cho bước làm chủ cơng nghệ q trình đại hóa lưới điện, phát triển lưới điện thông minh theo định hướng ngành điện Việt Nam - Việc thực hệ thống Miniscada xây dựng số tài liệu hướng dẫn, bồi huấn quy trình quy định vận hành hệ thống….các tài liệu sở để đào tạo cán kỹ thuật, nhân viên vận hành nâng cao trình độ vận hành lưới điện 6.2 Khả trì, phát triển mở rộng ứng dụng hệ thống Miniscada Hệ thống Miniscada có khả phát triển mở rộng lớn lưới điện TP.HCM lý điều kiện thực tế sau: Điều kiện xã hội: - Yêu cầu nâng cao chất lượng cung cấp điện ngày cao Chỉ tiêu phấn đấu đến năm 2020 ngành điện TP HCM thời gian điện trung bình năm khách hàng SAIDI 150 phút ( năm 2015 SAIDI 670 phút) Thì việc áp dụng khơi phục cung cấp điện – HT Miniscada điều bắt buộc Việc giảm điện yếu tố quan trọng để thu hút đầu tư đẩy nhanh việc phát triển kinh tế mà ngành điện tích cực triển khai thời gian qua - Điều kiện sở vật chất: - Lưới điện TP.HCM ngày đầu tư mạnh, ngày nhiều thiết bị có khả điều khiển xa đưa lên lưới Recloser, LBS, RMU Với khối lượng 500 phát tuyến vận hành, việc triển khai hệ thống Miniscada vài tuyến cho thấy khả phát triển lớn hệ thống - Hệ thống truyền dẫn cáp quang Tổng Công ty đầu tư, kéo đến thiết bị đóng cắt đưa đến khả sử dụng mạng cáp quang để truyền 74 thơng hệ thống Miniscada loại bỏ tình trạng vận hành không tin cậy mạng 3G - Các hệ thống công nghệ thông tin, SCADA, mạng thông tin Tổng Công ty phát triển đủ để tạo sở hạ tầng tốt để triển khai HT SCADA Đặc biệt HT SCADA/DMS triển khai có tích hợp chức DMS tạo điều kiện thuận lợi để phát triển hệ thống tự động hóa lưới phân phối Điều kiện nhân sự: - Qua nhiều năm vận hành hệ thống SCADA, hệ thống Cơng nghệ thơng tin việc tìm hiểu học hỏi dám nghĩ dám làm - thử nghiệm triển khai… trình độ đội ngũ cán kỹ thuật Tổng công ty nâng cao đủ khả triển khai hệ thống scada diện rộng - Ban Lãnh đạo Tổng Công ty tâm việc triển khai lưới điện thông minh, đầu tư nhiều việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật có trình độ cao kỹ sư, thạc sỹ, tiến sỹ làm tiền đề cho việc đại hóa lưới điện tự động hóa Tổng Công ty đưa tiêu cam kết thực đến năm 2020 phải có 100% phát tuyến vận hành hệ thống scada Dạng mạch vịng có hai nguồn cung cấp khảo sát trường hợp phổ biến lưới điện khu vực TP.HCM, chiếm đến 70% tổng số mạch vòng Tuy nhiên thực tế lưới điện, đường dây có đến liên kết với đường dây khác tức có nguồn cung cấp dẫn đến kịch xây dựng mạch vòng Miniscada có nhiều nhiều 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Database Building with DBB [2] Display Building , 2015, pp 31-42 , 2015, pp 23-26 [3] Quy trình phối hợp vận hành hệ thống Miniscada Trung tâm điều độ hệ thống điện với Công ty Điện lực thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM Tổng công ty Điện lực TPHCM ban hành số 2822/QĐ- EVNHCMC ngày 28/7/2018 Tr.6-23 [4] Quy định yêu cầu kỹ thuật quản lý vận hành hệ thống SCADA Cục điều tiết Điện lực- Bộ Công Thương ban hành định ngày 22/8/2017 Tr.12-17, 24-25 [5] Quyền Huy Ánh Tính tốn ngắn mạch Giáo trình cung cấp điện- Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2015, Tr.94-107 [6] Tài liệu hướng dẫn chung bảo vệ rơ le hệ thống điện Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Nam Lớp Bồi huấn tính tốn bảo vệ rơ le, 2015 Tr.3-20 [7] Tài liệu hướng dẫn xây dựng sơ đồ vận hành hệ thống Miniscada Tổng công ty Điện lực TPHCM dự thảo 2019 Tr.8-49 [8] SCADA Hardware and Software _Ho Chi Minh City Power Corporation, 2015, Tr.6 76 XÂY DỰNG HỆ THỐNG MINISCADA/DMS TRONG VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TAI CÁC CÔNG TY ĐIỆN LỰC KHU VỰC TP.HCM ESTABLISHING THE MINISCADA/DMS SYSTEM IN OPERATING DISTRIBUTION GRID AT LOCAL POWER COMPANIES IN HO CHI MINH CITY Võ Minh Huân, Đào Đình Quý Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM TÓM TẮT Để đảm bảo cung cấp điện với chất lượng ngày cao, cụ thể giảm thời gian khu vực điện xảy cố, việc áp dụng ngày rộng rãi tự động hóa lưới điện yêu cầu thiết Đặc biệt lưới điện khu vực Tp.Hồ Chí Minh Đề tài tập trung trình bày phương pháp thu thập, giám sát điều khiển thiết bị đóng cắt lưới điện, tư phát phân đoạn lưới điện bị cố, cô lập phần tử cố khôi phục cung cấp điện phân đoạn không bị cố Để thực chức Miniscada mạch vòng cụ thể phải giải nhiều vấn đề kỹ thuật có liên quan SCADA, truyền thông 3G, điều khiển xa, bảo vệ rơ le, thiết bị bảo vệ Việc triển khai vào thực tế vận hành lưới điện đem lại nhiều kinh nghiệm thực tiễn, làm sở vững cho việc mở rộng chức tự động hóa sau lưới điện Từ khóa: Hệ thống thu thập giám sát điều khiển (SCADA- Supervisory Control and Data Acquisition), Hệ thống thu thập giám sát điều khiển lưới trung (Miniscada- Mini Supervisory Control and Data Acquisition), Công nghệ truyền thông hệ thứ 3(3G), khóa điều khiển chổ (Loca), khóa điều khiển từ xa (Remote) ABSTRACT To ensure power supply with increasing quality, namely reducing the time and blackout areas when incidents occur, then the application of increasingly widespread on the grid automation is an urgent demand Especially on the Power Network of Ho Chi Minh City The thesis focuses to presente an automation method on the grid, which is automatic detection of fault segments on the grid, isolation the breakdown element and restore power supply for normal segments To perform the function of Miniscada on a specific loop, we have to solve many technical problems involved as SCADA, 3G communication, remote control, protection relays, programming, protection devices The 77 implement of Miniscada in a real network has brought many practical experiences It makes a solid base for the expansion of the automation functions later on the grid Key words: Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA), Mini Supervisory Control and Data Acquisition (Miniscada), Third-Generation technology (3G).Local (L), Remote (R) Cơ sơ lý thuyết Tổng quan Hệ thống SCADA áp dụng 2.1 Sơ lược phần tử rộng rãi lưới điện từ thập lưới điện niên 80 Đầu tiên hệ thống bao Đường dây tải điện: gồm chức thu thập liệu Có nhiệm vụ kết nối nhà máy, trạm giám sát điều khiển từ xa biến áp phụ tải Đây phần tử có kích trạm điện phục vụ cho việc triển khai thước lớn lưới điện từ vài chục trạm biến áp khơng người trực đến vài trăm km, đường dây Với phát triển lưới điện phần tử xảy cố nhiều lưới công nghệ thông tin ngày điện Tuy nhiên đa số cố cố đại dẫn đến khả khối lượng thoáng qua Các thiệt hại vật chất việc liệu thu thập ngày nhiều, việc xử đóng điện vào đường dây bị cố lý thông tin để đánh giá lưới điện, xử không lớn (đứt dây đứt lèo) Do lý cố thời gian thực ngày xảy cố phép đóng thử nhanh chóng, đáp ứng yêu lại đường dây cầu tự động hóa vận hành lưới Thanh cái: Có nhiệm vụ liên kết điện… tăng cường khả giám sát đường dây Máy biến đến thiết bị lưới trung cấp điện áp khác trạm Recloser, LBS, tủ RMU… Điều Thanh có khơng tùy theo sở cho việc phát triển trạm Kích thước tương đối nhỏ, cấu HT SCADA/DMS tạo đơn giản nên xảy cố thực sự, phần lớn cố tác động nhầm rơ le Máy biến thế: Có nhiệm vụ chuyển đổi lượng cấp điện áp với Có kích thước nhỏ giá trị lớn Khó bị cố, bị cố Hình 1: Mơ hình hệ thống SCADA thiệt hại kinh tế lớn Hầu không Tổng Cty ĐL TP.HCM 78 có cố thống qua (ngoại trừ nhầm lẫn rơle) Khả gây thiệt hại lớn người Hình 2: Sơ đồ nguyên lý làm việc vật chất đóng điện vào MBT bị bảo vệ dòng cố Do cần phải tuân thủ nghiêm Xây dựng sơ đồ Miniscada ngặt quy trình xử lý cố, đóng điện lưới điện trung 22KV lại cho MBT bị cố Các bước thực tính Miniscada 2.2 Khái quát rơ le bảo vệ phần tổng quát sau: tử hệ thống điện -Lựa chọn mạch vòng để thử nghiệm Bảo vệ đường dây: Đối với đường dây từ 220KV gồm có bảo vệ chính: 87L, 21, bảo vệ dự phòng: 21, 67/67N, 50/51, 50/51N Đối với đường dây từ 66KV-110KV gồm Hình 3: Cấu trúc mạch vịng Miniscada có bảo vệ chính: 21, bảo vệ RE1: đại diện cho Recloser số dự phòng:67/67N, 50/51, 50/51N RE2: đại diện cho Recloser số Đối với đường dây 15KV-23KV khơng RE3: đại diện cho Recloser số có nguồn diesel: cần bảo vệ 50/51, RE4: đại diện cho Recloser số 50/51N, rơ le tự động đóng lại 79 RE5: đại diện cho Recloser số Đối với ường dây 15KV-23KV có nguồn CB1: Trạm nguồn CB1 diesel cần có thêm rơ le q dịng có CB2: Trạm nguồn CB2 hướng 67/67N Ở trạng thái hoạt động bình thường: Nguyên tắc chung: CB1, RE1, RE2 trạng thái đóng để cấp Khi xảy ngắn mạch, dịng điện nguồn cho tuyến từ RE1 đến RE2 phần tử cố tăng lên Nhờ rơ le dòng CB2, RE4, RE5 trạng thái đóng để cấp điện mắc vào phần tử bảo vệ, bảo nguồn cho tuyến từ RE4 đến RE5 vệ dòng điện khởi động tác RE3 trạng thái mở động cắt phần tử bị cố - Lựa chọn thiết bị đóng cắt có khả Có thể chia bảo vệ dòng thành 02 điều khiển xa loại: bảo vệ q dịng có thời gian (51 51N) bảo vệ q dịng cắt nhanh (50 50N) Hình 4: Recloser Cooper sử dụng thử nghiệm 79 Bảng 1: Tín hiệu trạng thái recloser Status Points –Tín No Bảng 3: Tín hiệu điều khiển Ghi hiệu trạng thái No Mơ tả Point Name – Tên tín hiệu Recloser open/closed Open/ status Closed Local/Remote Switch setting group select Normal profile setting group select 1 Alarm Reset alarm On/Off On/Off Phase fault trip On/Off Alternative profile On/Off setting group Hot line tag set command Hot line tag reset command Total 1 Tín hiệu - Lựa chọn phương thức truyền thông Normal/ báo vượt thực kết nối Alarm dòng status Reset target Non-Reclosing status Detected Overcurrent Ground trip blocking Close Command Normal/ Alternate profile Ghi Tín hiệ số Remote Output/ Trip Command Re đóng cắt hiệu điều khiển Digital Local/ (supervisory status) AC Power status Trạng thái Control Outputs: Tín khởi động 10 Hot line tag On/Off Any Control or Normal/ System Alarm Alarm Hình 5: Sơ đồ kết nối mạng viễn thơng Bảng 2: Tín hiệu đo lường No Measurement points Ghi hệ thống Miniscada –Tín hiệu đo lường - Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập Point Name– Tên điểm liệu liệu điều khiển thiết bị từ xa Mô tả Phần mềm sử dụng Trung tâm Điều Current Measurement (từng pha) độ hệ thống điện TP.HCM phần mềm Voltage Measurement SCADA hãng Alstom (Pháp) xây (từng pha) dựng sở liệu phần mềm Real Power FG_Builder để xây dựng giao diện người measurement (kW) dùng HMI Reactive Power Measurement(kVAr) 80 - Xây dựng giao diện HMI để giám Xem xét nhánh từ RE1 RE3 ta có sát vận hành hệ thống trường hợp xảy sau: Bảng 3: Mô tả trường hợp cố nhánh từ RE1 đến RE3 Kịch 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 recloser ta muốn cấu trúc lại mạch 1.7 Sự cố nằm RE2 RE3 → Máy cắt trạm CB1 bật vượt cấp vịng, muốn lập phân đoạn Hoặc 1.8 Mất nguồn trạm CB1 CB2 STT Hình 6: Giao diện chung hệ thống Miniscada - Xây dựng chế độ vận hành từ xa qua hệ thống Miniscada Chế độ hoạt động điều khiển chổ sử dụng cần điều khiển riêng rẽ Mô tả Sự cố nguồn trạm CB1 Sự cố nằm RE1 RE2 → RE1 tác động theo chế độ bảo vệ(tác động cấp) Sự cố nằm RE2 RE3 → RE2 tác đông theo chế độ bảo vệ (tác động cấp) Sự cố nằm RE1 RE2 → Máy cắt trạm CB1 bật vượt cấp Sự cố nằm RE2 RE3 → RE1 bật vượt cấp Sự cố nằm RE2 RE3 → RE1, RE2 tác động (Tác động Trip 02 Recloser) hệ thống không đủ điều kiện để vận Xem xét nhánh Từ RE5RE3 ta có hành chế độ từ xa lỗi đường trường hợp xảy sau: Bảng 4: Mô tả trường hợp cố truyền, có cố phân đoạn nhánh từ RE5 đến RE3 Chế độ hoạt động từ xa tức hệ thống điều khiển từ xa hội đủ điều STT kiện hệ thống thông tin hoạt động Kịch 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 bình thường, tủ điều khiển vận hành bình thường… Khi hệ thống không đủ điều kiện vận hành từ xa phải từ xa chuyển sang chế độ vận hành tay Khóa Remote/Local khóa vật lý thiết bị, dùng để thay đổi chế độ làm việc tác động chủ ý người vận hành - Xây dựng kịch cố điện tái lập điện xảy 81 Mô tả Sự cố nguồn trạm CB2 Sự cố nằm RE5 RE4 → RE5 tác động theo chế độ bảo vệ (tác động cấp) Sự cố nằm RE4 RE3 → RE4 tác động theo chế độ bảo vệ (tác động cấp) Sự cố nằm RE5 RE4 → Máy cắt trạm CB2 bật vượt cấp Sự cố nằm RE4 RE3 → RE5 bật vượt cấp Sự cố nằm RE4 RE3 → RE5, RE4 tác động (Tác động Trip 02 Recloser) Sự cố nằm RE4 RE3 → Máy cắt trạm CB2 bật vượt cấp Mất nguồn trạm CB1 trạm CB2 - Xây dựng mơ hình thử nghiệm mạch CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ vòng Miniscada (giả lập hệ thống KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.1 CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.2 S Đ BẬT VƯỢT CẤP CB1 phịng thí nghiệm, thử nghiệm tất trường hợp xảy để hệ thống hoạt KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.3 S Đ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.4 S KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.5 S S KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 3.6 Đ Đ Đ Đ MỞ RE ĐÓNG RE MỞ RE MỞ RE BẬT VƯỢT CẤP RE1 MỞ RE MỞ RE BẬT VƯỢT CẤP RE1 ĐÓNG RE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/ TẠI CHỔ BẬT VƯỢT CẤP RE1 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/ TẠI CHỔ BẬT VƯỢT CẤP CB1 ĐÓNG RE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ REC THEO NGUỒN CB2 động kịch bản) BẬT VƯỢT CẤP CB1 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ - Xây dựng phương thức vận hành hệ thống để cô lập phần tử cố, tái lập Hình 8: Lưu đồ cố RE2&RE3 cung cấp điện 4.3.Lưu đồ cố RE4 & RE5 (bao - Đưa thiết bị lắp đặt lưới điện gồm bật bật vượt cấp nhiều thực tế, thử nghiệm vài trường hợp cấp) cố để kiểm tra hoạt động hệ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ thống.Theo dõi vận hành hệ thống, KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.1 đánh giá kết thực đưa CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ S khai quy mô lớn S KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.3 S KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.4 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.5 S S KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.6 Đ Đ Đ MỞ RE ĐÓNG RE MỞ RE MỞ RE BẬT VƯỢT CẤP RE5 ĐÓNG RE BẬT VƯỢT CẤP RE5 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/ TẠI CHỔ BẬT VƯỢT CẤP RE5 BẬT VƯỢT CẤP CB2 đề xuất để nâng cao chất lượng, triển KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN 4.2 Đ Đ Đ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ MỞ RE MỞ RE BẬT VƯỢT CẤP RE5 ĐÓNG RE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ REC THEO NGUỒN CB1 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/ TẠI CHỔ Xây dựng mơ hình, quy trình, BẬT VƯỢT CẤP CB2 phương thức hoạt động hệ thống ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ Hình 9: Lưu đồ cố giữaRE4&RE5 để cô lập phần tử cố, tái lập cung cấp điện 4.4.Lưu đồ cố 1: Mất nguồn trạm 4.1.Lưu đồ chính: CB1 CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ KIÊM TRA SỰ CỐ BẮT ĐẦU KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN S Đ KIỂM TRA SỰ CỐ S KIỂM TRA SỰ CỐ S KIỂM TRA SỰ CỐ S KIỂM TRA SỰ CỐ S KIỂM TRA SỰ CỐ S KIỂM TRA SỰ CỐ Đ Đ Đ Đ Đ Đ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ MỞ REC MỞ REC KiỂM TRA NGUỒN CB2 THAO TÁC XỬ LÝ TẠI THIẾT BỊ REC THEO NGUỒN CB2 Đ ĐĨNG REC S Hình 7: Lưu đồ chương ĐĨNG REC REC THEO NGUỒN CB2 trình ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ 4.2 Lưu đồ cố RE2 & RE3 Hình 10: Lưu đồ nguồn trạm CB1 (bao gồm bật bật vượt cấp nhiều cấp) 82 4.5.Lưu đồ cố 2: cố RE1 Tính tốn ngắn mạch mạch RE2 (bao gồm bật bật vượt vịng thử nghiệm Để tính tốn ngắn mạch mạch vòng cấp) CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN 2.1 thử nghiệm ta phải tiến hành thu thập KiỂM TRA SỰ CỐ S KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN 2.2 S Đ Đ MỞ REC MỞ REC số liệu thông số lưới điện liên quan loại dây, chiều dài đoạn dây, kết cấu MỞ REC KiỂM TRA NGUỒN CB2 lưới điện…,nhập vào chương trình Apsen Đ ĐĨNG REC KiỂM TRA NGUỒN CB2 Đ S Oneliner lập mơ hình tính tốn, chọn ĐĨNG REC ĐĨNG REC REC THEO NGUỒN CB2 REC THEO NGUỒN CB2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ BẬT VƯỢT CẤP CB1 S điểm cần tính tốn ngắn mạch tiến hành tính tốn ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ Hình11:Lưu đồ cố RE1& RE2 Dòng tải tối đa cho phép tuyến 4.6.Lưu đồ cố 5: Sự cố RE4 & trung khu vực TP.HCM 600A, RE3 (bao gồm bật bật vượt cố điện áp bị giảm xuống sâu, cấp) dẫn đến dịng tải giảm theo khơng CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN 2.1 đáng kể so với dòng ngắn mạch KiỂM TRA SỰ CỐ S Đ Đ MỞ REC MỞ REC KiỂM TRA NGUỒN CB1 S KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN 2.2 Do tính tốn ngắn mạch lưới điện trung để tính tốn bảo vệ rơ le MỞ REC Đ ĐÓNG REC theo quy định EVN, khơng cần xem KiỂM TRA NGUỒN CB1 Đ S ĐĨNG REC ĐÓNG REC REC THEO NGUỒN CB1 REC THEO NGUỒN CB1 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ BẬT VƯỢT CẤP CB2 xét đến dòng tải hay chế độ làm việc cao S điểm thấp điểm phụ tải Và ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ tính tốn ta xem xét trục có Hình12: Lưu đồ cố RE4&RE3 dòng ngắn mạch chạy qua 4.7.Lưu đồ cố 6: Mất nguồn trạm CB2 CHUỔI XỬ LÝ SỰ CỐ KiỂM TRA SỰ CỐ KiỂM TRA ĐIỀU KIỆN S Đ MỞ REC MỞ REC KiỂM TRA NGUỒN CB1 Đ REC THEO NGUỒN CB1 Hình 14 Mơ hình tính tốn bảo vệ rơle ĐĨNG REC S mạch vịng thử nghiệm ĐÓNG REC REC THEO NGUỒN CB1 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA/TẠI CHỔ Hình 13:Lưu đồ nguồn trạm CB2 83 hàng điện gây ra, giảm chi phí xã Bảng Kết dịng ngắn mạch Vị Trí Stt hội Inm (A) pha pha Kết luận Khi nguồn cấp từ Cung cấp công cụ giám sát lưới điện trạm CB1 cách hiệu quả: Hệ thống Miniscada Trạm CB1 (A) 7158 9143 RE1(Gị Ơ Mơi) (B) 5612 5793 cung cấp đầy đủ thông số cần thiết RE2 (ĐT An Phú)(C) 5202 4956 dịng điện, điện áp, cơng suất P,Q vị RE3(Bình Thung)(D) 3677 2734 trí Recloser thời gian thực, giúp RE4(Phú Xuân) (E) 3388 2420 cho nhân viên vận hành có nhìn tồn RE5(P.Hữu Lầu)(F) 3185 2212 cảnh mạch vịng hoạt động…để Khi nguồn cấp từ từ giám sát đưa định trạm CB2 Trạm CB2 ( G ) 7009 9688 điều độ hiệu xác, trì đảm RE5 (F) 5796 5547 bảo chất lượng điện Với liệu RE4 (E) 5238 4559 ghi nhận định kỳ cần thiết cán RE3 (D) 4674 3747 kỹ thuật khai thác để lập phương RE2 (C) 3398 2319 thức, dự báo phụ tải, thiết kế mở rộng RE1 (B) 3240 2171 lưới điện Yêu cầu nâng cao chất lượng cung cấp Kết xây dựng HT Miniscada điện ngày cao Chỉ tiêu phấn đấu -Về mặt kỹ thuật: Với hệ thống đến năm 2020 ngành điện TP HCM Miniscada việc xử lý tiến hành từ thời gian điện trung bình xa nên thời gian điện phân năm khách hàng SAIDI 150 đoạn khơng bị cố cịn từ đến 15 phút (năm 2015 SAIDI 670 phút) phút phân đoạn bị cố xác định để nhanh chóng xử lý Ngồi tái lập phân đoạn xử lý xong cố không cần phải đến tận nơi Recloser mà thao tác từ xa -Về mặt kinh tế: Việc giảm thời gian điện làm tăng sản lượng điện thương phẩm bán tăng doanh thu lợi nhuận cho ngành điện Đồng thời làm giảm thiệt hại cho khách 84 Tài liệu tham khảo [1] Database Building with DBB [2] Display Building , 2015, pp 31-42 , 2015, pp 23-26 [3] Quy trình phối hợp vận hành hệ thống Miniscada Trung tâm điều độ hệ thống điện với Công ty Điện lực thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM Tổng công ty Điện lực TPHCM ban hành số 2822/QĐ- EVNHCMC ngày 28/7/2018 Tr.6-23 [4] Quy định yêu cầu kỹ thuật quản lý vận hành hệ thống SCADA Cục điều tiết Điện lực- Bộ Công Thương ban hành định ngày 22/8/2017 Tr.12-17, 24-25 [5] Quyền Huy Ánh Tính tốn ngắn mạch Giáo trình cung cấp điện- Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2015, Tr.94-107 [6] Tài liệu hướng dẫn chung bảo vệ rơ le hệ thống điện Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Nam Lớp Bồi huấn tính tốn bảo vệ rơ le, 2015 Tr.3-20 [7] Tài liệu hướng dẫn xây dựng sơ đồ vận hành hệ thống Miniscada Tổng công ty Điện lực TPHCM dự thảo 2019 Tr.8-49 [8] SCADA Hardware and Software _Ho Chi Minh City Power Corporation, 2015, Tr.6 Thơng tin liên hệ tác giả (người chịu trách nhiệm viết): Họ tên: Đào Đình Quý Đơn vị: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Điện thoại: 0918855008 Email: quyevn@gmail.com XÁC NHẬN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS VÕ MINH HUÂN ... Cty ĐL TP. HCM Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống SCADA Tổng Cty ĐL TP. HCM 1.1.4 Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP. HCM Hệ thống SCADA vận hành tin cậy đáp ứng yêu cầu vận hành lưới điện, đảm... liệu hệ thống điện khu vực TP. HCM phục vụ cho hệ thống Miniscada - Tìm hiểu chất việc xây dựng ứng dụng tính Miniscada vào thực tiễn - Tìm hiểu phân tích cơng tác vận hành lưới điện phân phối Công. .. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MINISCADA TRÊN MỘT LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 22KV Lưới điện phân phối Tổng công ty Điện lực TP. HCM có 1200 thiết bị đống cắt Recloser/LBS/RMU… Hiện vận hành cách thủ công nhân viên vận