Hệ thống tự động phân phối DAS áp dụng cho mạng cáp ngầm cũng tƣơng tự nhƣ mạng phân phối hở. Tuy nhiên, cấu trúc mạng thì có khác nhau. Mỗi điểm rẽ
48
nhánh có lắp đặt một hộp bộ gồm dao cắt mạch chính và một dao cắt mạch nhánh. Giải pháp hợp lý cho các vị trí này là các RMS (ring main unit). Tại đây cũng trang bị các RTU, FDR. Trang bị cho trạm nguồn phân phối và trung tâm điều độ điện không có gì thay đổi.
Cấu trúc hệ thống tự động phân phối ngầm:
Hình 2.9 mô tả mô hình cấu trúc giai đoạn 2 của DAS cho lƣới trung thế ngầm mạch vòng. Điểm tách mạch vòng tại vị trí VS (5).
Thiết bị đầu cuối (RTU) đƣợc lắp đặt cùng máy cắt tự động (RMS), và thiết bị này đƣợc nối với bộ tiếp nhận điều khiển từ xa (TCR) ở trạm 110 kV bằng đƣờng thông tin. Tại trung tâm điều độ lắp hệ thống máy tính phục vụ vận hành.
Hình 2.9: DAS cho lƣới phân phối ngầm
2.3.2. Phương pháp phát hiện sự cố và xử lý sự cố
Giả thiết tình huống sự cố xảy ra tại điểm A trên hình 2.9 nhƣ sau:
Khi có sự cố ở điểm A, rơle bảo vệ tại trạm 110 kV phát hiện sự cố đó và đƣa ra lệnh cắt tới CB(6). Trƣờng hợp này, do tách mạch vòng tại VS(5) nên dòng sự cố chạy qua VS(1) và VS(2), không qua VS(3) và VS(4).
49
Tín hiệu dòng sự cố có chạy qua đƣợc phát hiện bằng RTU, tín hiệu này đƣợc gửi bằng đƣờng thông tin từ RTU tới trung tâm điều độ qua TCR.
Trung tâm điều độ xác định phần bị sự cố dựa trên thông tin về dòng sự cố và gửi lệnh tới RTU (1), RTU(2), để cắt VS(2) và VS(3) - Vùng sự cố đƣợc cách ly. Các máy cắt VS(1) và VS(4) vẫn ở trạng thái đóng. FCB đƣợc đóng lại theo lệnh từ rơle tự đóng lại.
Trung tâm điều độ sau khi kiểm tra lại khả năng hỗ trợ công suất của nguồn 2 sẽ gửi lệnh tới RTU (3) đóng VS (5) ở điểm tách mạch vòng để cấp điện đến điểm VS (4).
Nhƣ vậy, việc cách ly sự cố và phục hồi cấp điện cho phần không bị sự cố đƣợc thực hiện bằng điều khiển từ xa trong thời gian ngắn.
Về cơ bản các thiết bị cần lắp tại trung tâm điều độ ở giai đoạn 2 và 3 của lƣới cáp ngầm tƣơng tự đối với trƣờng hợp dây trên không.
2.3.3. Các thiết bị lắp tại trung tâm điều độ
Về cơ bản các thiết bị cần lắp tại trung tâm điều độ ở giai đoạn 2 và giai đoạn 3 của lƣới cáp ngầm tƣơng tự đối với trƣờng hợp của đƣờng dây trên không.
50
CHƢƠNG 3:
SO SÁNH HỆ THỐNG DAS VỚI CÁC HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KHÁC
3.1. Hiệu quả của DAS
3.1.1. Trên phương diện khoa học kỹ thuật
- Cung cấp chất lƣợng điện tốt cho các phụ tải sử dụng điện.
- Giảm thời gian và khu vực mất điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng nhƣ các vấn đề an sinh xã hội.
- Áp dụng kỹ thuật hiện đại vào mạng lƣới phân phối điện phù hợp với xu hƣớng phát triển trong tƣơng lai.
- Góp phần giải quyết những khó khăn về nguồn điện.
- Việc cấp điện liên tục làm cho các ngành không bị ngừng sản xuất do mất điện, đảm bảo an toàn cho thiết bị, công nghệ.
- Ngành điện không bị mất sản lƣợng, cải thiện chất lƣợng điện năng.
- Giảm thời gian mất điện, do đó giảm hẳn lƣợng khí CO2 do các máy phát điện dự phòng phát ra.
- Sử dụng máy cắt dập hồ quang bằng chân không thay thế máy cắt sử dụng khí FS6 - loại khí này độc hại với môi trƣờng.
- Chi phí sản xuất của ngành điện đƣợc tiết kiệm.
3.1.2. Trên phương diện kinh tế
- Việc cấp điện liên tục làm cho các phụ tải sản xuất không bị ngừng do mất điện, hạn chế thiệt hại về máy móc thiết bị cũng nhƣ phế phẩm.
- Ngành điện không bị mất sản lƣợng, giảm doanh thu. - Chi phí sản xuất của ngành điện đƣợc tiết kiệm.
- Trong tƣơng lai ngành điện giảm việc phải bồi thƣờng cho khách hàng do mất điện.
51
3.2. So sánh hệ thống DAS và các hệ thống, thiết bị tự động khác dây trên không không
3.2.1. Phân vùng sự cố bằng hệ thống tự động khép vòng phối hợp các Recloser
3.2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động khép vòng
Hệ thống tự động khép vòng:
Là hệ thống phân phối, tự động phân vùng sự cố và khôi phục khả năng cung cấp điện cho các phân vùng còn lại. Đồng thời, hệ thống còn có thể tự động khôi phục lại cấu hình ban đầu sau khi đã khắc phục sự cố.
+ Hệ thống tự động khép vòng này sử dụng các Recloser của hãng Nulec, Yếu tố quan trọng nhất tạo nên sự khác biệt với các Recloser khác là nó đƣợc trang bị thêm phần mềm chuyên dùng trong bộ điều khiển.
+ Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều cấu hình đƣờng dây. Dƣới đây chỉ mô tả chi tiết sự làm việc của hệ thống đối với cấu hình đặc trƣng cho lƣới trung thế thành phố Nam Định.
Hình 3.1: Mô tả hệ thống Trong đó: CB – Máy cắt đầu nguồn
RF – Feeder Recloser: Recloser nhánh
RM – Mid Point Recloser: Recloser trung gian RT – Tie Recloser: Recloser phân đoạn
+ RF: đặt ở vị trí đầu tiên kể từ nguồn cấp. + RM: đặt ở bất cứ điểm nào giữa RF và RT.
+ RT: tuy nhiên khi sự cố xảy ra từ một hƣớng thì nó sẽ tự động đóng lại chuyển nguồn cấp.
52
Nguyên lý hoạt động cơ bản:
Trong chế độ làm việc bình thƣờng các CB, RF, RM ở trạng thái đóng, RT ở trạng thái mở.
Khi có sự cố, bảo vệ quá dòng tác động, các Recloer có thể đóng lại một vài lần tùy theo cài đặt và từng loại Recloser. Hệ thống Loop Automation chỉ thực hiện chức năng của mình sau một khoảng thời gian nhất định. Điều này cho phép các Recloser tác động và thực hiện các chức đóng lại nhƣ bình thƣờng. Nếu quá trình đóng lại thành công thì Loop Automation là không cần thiết. Để làm đƣợc điều đó, Loop Automatin cần có khoảng thời gian trễ. Khoảng thời gian này phải đƣợc cài đặt lớn hơn thời gian lớn nhất tự động đóng lại của các Recloser gọi là Loop Automation Timeout. Đồng thời, thời gian cài đặt cho Tie Recloser phải lớn hơn thời gian cài đặt cho Mid Point Recloser và Feeder Recloser.
+ Phân vùng sự cố:
- RF cắt khi nó không có nguồn cấp.
- RM thay đổi hƣớng truyền công suất và đồng thời chuyển về chế độ tự động đóng lại một lần (single shot mode) trong thời gian ngắn khi mất nguồn cấp.
- RT đóng khi mất nguồn từ 1 phía, đồng thời nguồn dự phòng trong trạng thái sẵn sàng cung cấp.
+ Khôi phục lại cấu hình hệ thống sau khi khắc phục sự cố
- RF đóng khi nguồn cấp đƣợc khôi phục sau khi nó ngắt tự động nhờ Loop Automation hoặc có nguồn cấp đến từ hai phía.
- RM đóng khi nguồn cấp đến từ hai phía. - RT cắt khi nguồn cấp qua nó đảo chiều.
Kết nối thông tin:
Để thực hiện việc giao tiếp từ xa với các Recloser, cần chuẩn bị hai modem. Trong đó một chiếc dùng cho tủ điều khiển, một chiếc dùng cho máy tính (lƣu ý modem dùng cho tủ điều khiển phải là loại cắm ngoài) và hai số điện thoại để liên lạc. Trong trƣờng hợp dùng điện thoại EVN cần phải sử dụng loại có tích hợp modem cổng COM.
53
3.2.1.2. Phương pháp phân đoạn sự cố
a) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ CB đến RF
Hình 3.2: Sự cố tại đoạn CB đến RF
+ Bƣớc 1: Máy cắt đầu nguồn sẽ tác động, tách biệt nguồn cấp ra khỏi hệ thống.
+ Bƣớc 2: Sau khi sự cố bắt đầu 30s (khoảng thời gian cài đặt cho RF), RF sẽ tác động cắt, cô lập phân đoạn bị sự cố đồng thời RM tự động thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất từ nguồn dự phòng.
54
+ Bƣớc 3: sau khi sự cố bắt đầu 40s, RT tự động đóng lại, các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp dự phòng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: Máy cắt sẽ tự động đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF: Trong điều kiện hai nguồn có thể hoà đƣợc, máy cắt sẽ tự động đóng lại. Các RF đóng lại và tái khởi động Loop Automation.
b) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ RF đến RM:
Hình 3.3: Sự cố tại đoạn RF đến RM + Bƣớc 1: RF sẽ tác động và tách vùng sự cố khỏi nguồn cấp.
55
+ Bƣớc 2: Sau khoảng thời gian cài đặt, khoảng 30s tính từ lúc sự cố bắt đầu, RM tự động thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất từ nguồn dự phòng. Đồng thời, 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng.
+ Bƣớc 3: Sự cố vẫn chƣa đƣợc cô lập. RM cắt ra và không đóng trở lại nữa. Sau khi sự cố bắt đầu 40s, RT tự động đóng lại. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện bình thƣờng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: RF đóng lại. Đồng thời, RM cảm nhận sự khôi phục của nguồn cấp và tự động đóng lại. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
56
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF. Quá trình khôi phục lại cấu hình ban đầu diễn ra theo trình tự sau: Các RF, RM lần lƣợt đóng lại và tái khởi động Loop Automation. Sau đó, RT mở ra, hệ thống làm việc bình thƣờng nhƣ ban đầu.
c) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ RM đến RT:
Hình 3.4: Sự cố từ đoạn RM đến RT + Bƣớc 1: RM sẽ tác động, cô lập sự cố khỏi nguồn cấp.
+ Bƣớc 2: Sau 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng
.
+ Bƣớc 3: Sự cố vẫn chƣa đƣợc cô lập. RT lại cắt ra và không đóng trở lại nữa. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp
57
dự phòng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục: hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở bất cứ chế độ ON hay OFF thì quá trình khôi phục lại cấu trúc ban đầu cũng diễn ra theo trình tự sau: sự cố đƣợc khắc phục, RM đóng lại và tái khởi động Loop Automation.
Khi sự cố xảy ra phía nguồn cung cấp
Hình 3.5: Sự cố phía nguồn cung cấp
+ Bƣớc 1: 30s sau khi sự cố mất nguồn RF sẽ cắt ra, cô lập vùng sự cố. Đồng thời, RM thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất truyền từ nguồn dự phòng.
58
+ Bƣớc 2: Sau 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp dự phòng. Khi sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: Máy cắt đầu nguồn sẽ đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF: Tƣơng tự nhƣ trên thì máy cắt đầu nguồn đƣợc đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại và tái khởi động chế độ Loop Automation. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc nhƣ ban đầu.
Nhận xét:
Đây là giải pháp phân vùng sự cố khá hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều các Recloser trên lƣới của hệ thống này là không tốt. Trƣớc hết, nếu sử dụng nhiều sẽ dẫn đến việc phối hợp giữa các Recloser với nhau và với các thiết bị bảo vệ khác khó khăn. Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng giữa hệ thống tự đóng lại và DAS là trong hệ thống tự động đóng lại do có giới hạn đối với chỉnh định rơle nên rất khó chỉnh định phối hợp bảo vệ quá dòng khi số lƣợng các thiết bị đóng lại tăng lên (điều này có thể khắc phục khi tăng cao độ nhậy của các rơ le đi kèm recloser). Hơn nữa, thời gian chỉnh định trở nên dài đối với hệ thống tự đóng lại. Do đó, các dòng sự cố chạy trên đƣờng dây phân phối và các thiết bị trong thời gian dài và có
59 khả năng gây hƣ hỏng cho đƣờng dây và thiết bị.
Bên cạnh đó, vốn đầu tƣ cho hệ thống Loop Automation cũng không rẻ so với DAS, cụ thể với 01 Recloser có trang bị phần mềm của hệ thống này có giá khoảng 20.000USD. Ngoài ra, khả năng kết hợp với các hệ thống tự động khác nhƣ SCADA, tự động hoá trạm… của DAS dễ dàng và hiệu quả hơn. Chính vì điều này, đối với lƣới điện trung thế thành phố Nam Định nói riêng và tỉnh Nam Định nói chung thì giải pháp tự động phân phối cần đƣợc thử nghiệm công nghệ DAS.
3.2.2. Các phương pháp tự động phân phối lưới điện ngầm khác
Các phƣơng pháp tự động phân phối cho các hệ thống ngầm đƣợc mô tả trong bảng 3.1. Bảng này mô tả việc so sánh 5 phƣơng pháp, đó là hệ thống một mạch vòng, hệ thống nhiều mạch vòng, hệ thống lƣới thông thƣờng, hệ thống lƣới phân bổ và hệ thống dự phòng.
Các hệ thống mạch vòng chủ yếu đƣợc sử dụng ở châu Âu và Nhật, còn hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ đƣợc chấp nhận ở Mỹ và Nhật. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng trên khắp thế giới. Trong hệ thống mạch vòng và dự phòng, hệ số phụ tải (tải đỉnh / tải định mức %) chỉ thấp ở mức 50%. Con số này là 70-80% trong hệ thống nhiều mạch vòng và 80% trong các hệ thống hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ.
Về mặt linh hoạt trong kết nối phụ tải, hệ thống mạch vòng và hệ thống có dự phòng là hệ thống thƣờng xuyên đƣợc ứng dụng. Trong khi đó, với hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bố có độ tin cậy cao, hệ thống phụ tải luôn đƣợc liên kết với nhau.
Hệ thống một mạch vòng có độ tin cậy thấp nhất: việc cấp điện trên toàn lƣới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ đƣợc sự cố, và việc loại trừ sự cố đòi hỏi thời gian. Trong hệ thống nhiều mạch vòng, việc mất điện kéo dài cho đến khi phần mất điện đƣợc xác định, tuy nhiên một khi đã xác định đƣợc vấn đề thì có thể cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng. Trong hệ thống dự phòng, mất điện xảy ra trong khoảng 1-2 giây trong lúc đƣờng dây cấp điện đang đƣợc chuyển đổi. Hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ có độ tin cậy cao nhất do việc mất điện
60
trên nguyên tắc là không xảy ra ngay cả khi có sự cố trên đƣờng dây phân phối 22 kV.
Chi phí hệ thống tỷ lệ thuận với độ tin cậy, do đó các hệ thống mạch vòng là rẻ nhất và các hệ thống hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ là đắt nhất còn hệ thống dự phòng là ở mức chi phí trung bình.
Xem xét các hệ thống này dƣới góc độ phạm vi áp dụng, các hệ thống mạch vòng (cả một vòng và nhiều vòng) đƣợc sử dụng trong các khu vực phân phối ngầm. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng nhƣ cơ quan chính phủ, bệnh viện, v.v... hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng với mật độ dân cƣ cao: ví dụ nhƣ các