Hiện nay, bờn cạnh hệ thống cỏc nhà mỏy phỏt điện, lưới điện phõn 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). Cỏc trạm 220 kV đều là cỏc trạm "nỳt". Cỏc trạm này đúng vai trũ 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 hỡnh 2.1). Vỡ vậy, hệ thống rơle bảo vệ tại cỏc trạm trờn cũng khỏ lớn, chiếm một vị trớ rất quan trọng.
TT Địa chỉ TT Địa chỉ
1 Trạm 500 kV Hũa Bỡnh 13 Trạm 220 kV Phố Nối
2 Trạm 500 kV Nho Quan 14 Trạm 220 kV Đụng Hũa
3 Trạm 500 kV Thường Tớn 15 Trạm 220 kV Hoành Bồ 4 Trạm 500 kV Hà Tĩnh 16 Trạm 220 kV Hải Dương 5 Trạm 220 kV Chốm 17 Trạm 220 kV Xuõn Mai 6 Trạm 220 kV Mai Động 18 Trạm 220 kV Ba La 7 Trạm 220 kV Súc Sơn 19 Trạm 220 kV Nghi Sơn 8 Trạm 220 kV Thỏi Nguyờn 20 Trạm 220 kV Đỡnh Trạm 9 Trạm 220 kV Ninh Bỡnh 21 Trạm 220 kV Vật Cỏch 10 Trạm 220 kV Nam Định 21 Trạm 220 kV Hưng Đụng 11 Trạm 220 kV Tràng Bạch 22 Trạm 220 kV Ba Chố 12 Trạm 220 kV Việt Trỡ 23 Trạm 220 kV Thỏi Bỡnh Bảng 2.1: Cỏc trạm 500 kV và 220 kV do A1 quản lý 2.2 Hệ thống trạm 110 kV trờn 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 Cụng ty Điện lực TP Hà Nội quản lý trải rộng trờn địa bàn thành phố bao gồm 10 quận nội thành: Hoàn Kiếm, Hai Bà
Trưng, Đống Đa, Thanh Xuõn, Ba Đỡnh, Tõy Hồ, Hà Đụng, Long Biờn, Cầu Giấy, Hoàng Mai và 18 quận huyện ngoại thành là: Gia Lõm, Ba Vỡ, Chương Mỹ, Đan Phượng, Hoài Đức, Mờ Linh, Mỹ Đức, Phỳ Xuyờn, Phỳc Thọ, Quốc Oai, Thanh Oai, Thạch Thất, Thường Tớn, Ứng Hũa, Từ Liờm, Thanh Trỡ, Đụng Anh, Súc 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 mỏy thuỷđiện Hũa Bỡnh và nhiệt điện Phả Lại. Theo tổng sơ đồ phỏt triển năng lượng Việt Nam năm 2002, lưới điện phõn phối Hà Nội nhận diện thụng qua 4 trạm nỳt 220 kV là Hà Đụng (2 x 250 MVA), Chốm (2x250 MVA), Mai Động (2x250 MVA), và Súc Sơn (1x125 MVA). Nguồn điện 110 kV từ
cỏc trạm này cung cấp cho cỏc trạm 110 kV và cỏc trạm 35-22-10-6 nằm trong địa bàn cỏc quận, huyện của thành phố.
2.2.2 Cỏc trạm biến ỏp 110 kV cấp điện cho khu vực Hà Nội
Cụng 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, Cụng ty tiếp nhận thờm 07 trạm 110 kV và hơn 20 trạm 35 kV từđiện lực Hà Tõy cũ. Cỏc trạm 110kV đều là cỏc trạm "cụt", chỉ cú trạm 110 kV Đụng Anh là trạm "nỳt". Trạm "cụt" cú nghĩa là đường dõy 110 kV chỉ cấp cho MBA trong trạm để hạ ỏp xuống cấp điện ỏp thấp hơn, khụng cú
đường dõy truyền tải 110 kV đi qua. Tuy nhiờn, cỏc trạm này lại đúng vai trũ hết sức quan trọng vỡ là nguồn năng lượng cấp điện cho toàn bộ cỏc phụ tải quan trọng trờn
địa bàn Thủ đụ. Chớnh vỡ vậy, hệ thống rơle bảo vệ cỏc thiết bị trong trạm cũng rất quan trọng. STT Trạm 110 kV Tờn gọi tắt Cấp điện ỏp trung ỏp (kV) Số lượng MBA Cụng suất đặt (MVA) 1 Đụng Anh E1.1 35, 22, 6 3 25/40/40 2 Gia Lõm E1.2 35, 10 3 63/40/25 3 Mai Động E1.3 35, 22, 6 4 40/25/40/25 4 Ba La E1.4 5 Thượng Đỡnh E1.5 22, 6 3 40/63/25 6 Chốm E1.6 7 Yờn Phụ E1.8 22, 6 2 40/40
8 Nghĩa Đụ E1.9 22, 10, 6 3 40/25/40 9 Văn Điển E1.10 35, 6 2 25/25 10 Thành Cụng E1.11 10, 6 2 25/25 12 Phương Liệt E1.12 22, 10 2 63/63 13 Giỏm E1.13 10 2 25/63 14 Sài Đồng E1.14 22, 6 2 63/63 15 Nội Bài E1.15 22 2 40/16 16 Bắc Thăng Long E1.16 22 2 50/50 17 Trần Hưng Đạo E1.12 22,10 2 63/63 18 Bờ Hồ E1.18 22, 6 2 63/63 19 Súc Sơn E1.19
20 Thanh Xuõn E1.20 22, 6 2 63/40
21 Nhật Tõn E1.21 22 1 40 22 Thanh Nhàn E1.22 22 1 40 Bảng 2.2: Cỏc trạm 110 kV do B1 quản lý 2.2.3 Giới thiệu hệ thống rơle bảo vệ trạm 110 kV Hỡnh 2.2 là sơđồ một sợi và sơđồ nguyờn lý bảo vệ trạm 110 kV Trần Hưng Đạo. Cỏc rơle bảo vệ trong Trạm bao gồm: * Rơle bảo vệ so lệch MBA: Loại rơle: SEL 387S * Rơle bảo vệ quỏ dũng, chạm đất 110 kV và quỏ dũng, 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 C91 C93 C92 C94 C41 C42 991 901B 979 -33 901 973 931 931-3 971 912 912-2 902 978 976 974 972 932 932-3 TU92 TU91 989 985 TU93 933-3 933 983 903 987 941 TD41 900 900-4 942 988 904 934-3 934 TD42 984 982 TU94 431 TU41 486 484 482 480 432 - TU42 -24 472 474 478 476
sơ đồ trạm BIếN áP 110kv trần h−ng đạo
2.3 Tổng quan về hệ thống SCADA
2.3.1 Khỏi niệm
SCADA - Supervising Control and Data Acquisition đõy là hệđiều khiển giỏm sỏt và thu thập dữ liệu, được tự động húa trong cụng nghiệp dựa trờn cỏc kỹ thuật cụng nghệ tiờn tiến đú là viễn thụng, kỹ thuật đo lường điều khiển - tự động húa, cụng nghệ
thụng tin.
SCADA được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khỏc nhau như trong tự động húa nhà mỏy, dầu khớ, xăng dầu, giấy, mụi trường… Đặc biệt là trong hệ thống điện SCADA đang được ứng dụng khỏ phổ biến.
SCADA sẽ giỳp người vận hành nhanh chúng khắc phục sự cố và phũng ngừa cỏc sự cố về hệ thống điện cũng như an toàn, chớnh xỏc và tin cậy trong cụng tỏc điều độ
hoặc cụng tỏc vận hành trạm như giỏm sỏt, điều khiển, thu thập về tỡnh trạng hoạt động cỏc thiết bịđiện trong hệ thống như MBA, MC,… theo từng cấp.
Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh SCADA đơn giản trong hệ thống điện
* Cỏc thiết bị điện: Trong hệ thống điện cú rất nhiều thiết bị điện cần giỏm sỏt,
điều khiển và thu thập dữ liệu, như MBA, MC, IEDs… để đảm bảo vận hành liờn tục, an toàn, tin cậy.
* SCADA trạm sẽ giỳp người vận hành trạm khụng phải trực tiếp ra thao tỏc tại từng thiết bị điện, mà cũn cú thể giỏm sỏt toàn bộ cỏc thiết bị điện trong trạm, dễ dàng
Trung tõm điều khiển
RTU/PLC hoặc SCADA trạm
Cỏc thiết bịđiện, cần thu thập, điều khiển và giỏm sỏt, như MC, MBA
MBA MC IEDs
Viễn thụng
giỏm sỏt và điều khiển được cỏc thiết bị quan trọng trong trạm. Như vậy, vận hành an toàn của hệ thống được cải thiện đú là tớnh tin cậy, chớnh xỏc và nhiều ưu việt khỏc cho người vận hành.
* RTU/PLC là cỏc thiết bị đầu cuối, nơi tập hợp cỏc tớn hiệu của cỏc thiết bị ở
trạm, phục vụ cho cụng tỏc điều khiển giỏm sỏt.
* Hệ thống viễn thụng cú nhiệm vụ truyền tải cỏc thụng tin được thu thập từ cỏc thiết bịđầu cuối từ trạm điện hay nhà mỏy điện… gửi về trung tõm điều khiển.
* Hệ thống trung tõm, cú chức năng giỏm sỏt, điều khiển, thu thập số liệu và kiết xuất cỏc bỏo cỏo theo yờu cầu, cũng như cú thể liờn kết liờn với trung tõm khỏc để chia sẽ thụng tin và tớnh toỏn cỏc bài toỏn về hệ thống điện.
2.3.2 Cỏc loại hỡnh SCADA trong hệ thống điện
a. SCADA trạm
Mục tiờu là giỏm sỏt, điều khiển, thu thập, xử lý cỏc thụng số kỹ thuật của cỏc đối tượng trong hệ thống điện của một trạm hoặc nhà mỏy. Vớ dụ, như mỏy biến ỏp cần quan tõm đến nấc phõn ỏp, P, Q, U, I nhiệt độ dầu, mức dầu, van cứu hỏa, hệ thống quạt làm mỏt…
Cho nờn cú thể hiểu rằng SCADA trạm, nhà mỏy điện được coi như tựđộng húa cỏc đối tượng trong trạm chi khỏc biệt ở chỗ cú sự tham gia của mỏy tớnh để hỗ trợ việc giỏm sỏt từ tổng thểđến chi tiết, tớnh toỏn và điều khiển bằng phần mềm mỏy tớnh… tất cả cỏc thụng số kỹ thuật của một đối tượng nào đú nếu được thu thập nú sẽ được hiện thị trạng thỏi của nú để trả lời cỏc cõu hỏi của người vận hành về tỡnh trạng hoạt động của nú. Vỡ vậy nú sẽ là cụng cụ hữu hiệu trợ giỳp cho nhõn viờn trực trạm giỏm sỏt một cỏch trực quan, thao tỏc điều khiển thu thập số liệu chớnh xỏc và tin cậy.
Hơn nữa SCADA trạm cú thể giao tiếp với SCADA điều độ, thực hiện cỏc lệnh của SCADA điều độ gửi xuống. Việc thao tỏc cú thể từ xa khụng người trực, hoặc bằng thoại qua người trực trạm. (Nếu chỳng ta cú thểđảm bảo tin cậy của cỏc thiết bị tựđộng húa và truyền tin, thỡ lỳc đú SCADA trạm sẽ hoạt động hoàn toàn tự động, trạm sẽ
Hỡnh 2.3: Mụ hỡnh của SCADA trạm điện
b. SCADA điều độ
Mục tiờu là giỏm sỏt, điều khiển, thu thập, xử lý cỏc đối tượng trong hệ thống điện của nhiều trạm điện, nhà mỏy điện. Vớ dụ, đối với mỏy biến ỏp đối với cấp SCADA
điều độ thường khụng quan tõm cỏc thụng số kỹ thuật của mỏy biến ỏp mà chỉ quan tõm
đến cỏc đặc tớnh đầu vào và đầu ra của mỏy biến ỏp đú và khả năng liờn đới của thiết bị
trờn toàn hệ thống.
- Thực hiện thu thập cỏc giỏ trị, trạng thỏi của cỏc đối tượng ở cỏc trạm. Cỏc số
liệu này được truyền từ cỏc trạm lờn qua cỏc đường truyền tin (radio, tải ba, vi ba, cỏp quang). Cỏc số liệu đú tốt nhất là từ SCADA trạm gửi lờn nhưng cũng cú thể lấy trực tiếp từ cỏc RTU.
- Tiến hành những tớnh toỏn về phõn tớch, nhận dạng, điều khiển tối ưu về dự bỏo cỏc trào lưu, phõn bốđiện ỏp và dự phũng ổn định.
- Thực hiện cỏc lệnh từ trung tõm gửi xuống như cắt mỏy cắt, chuyển đổi nấc phõn ỏp…
2.3.3 Cỏc loại hỡnh viễn thụng phục vụ SCADA điện lực
truyền khỏc nhau với cỏc cỏch thức truyền tin khỏc nhau, điều đú gõy 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 cú hiệu quả và tin cậy. * Một số dạng đường truyền phục vụ cho SCADA.
- Hệ thống thụng tin quang - Vi ba
- Tải ba - Radio
* Cấu hỡnh đường truyền cũng cần được cõn nhắc trong quỏ trỡnh xõy dựng một hệ
thống SCADA bởi nú sẽ quyết định chi phớ đầu tư cũng nhưđộ tin cậy của hệ thống do
đú cần cú giải phỏp dung hũa hai yếu tố này, thụng thường của hệ thống SCADA sử
dụng cấu trỳc truyền tin là multiloop, point - to - point hoặc loop…
Hỡnh 2.4: Mụ hỡnh truyền tin đơn giản trong hệ thống SCADA
2.3.4 Thiết bịđầu cuối RTU
RTU: là một thiết bị đầu cuối cú nhiệm vụ thu thập cỏc dạng tớn hiệu khỏc nhau
tuỳ thuộc vào thực tế yờu cầu của người sử dụng. Bao gồm cỏc tớn hiệu số (trạng thỏi
Trạm điện Trạm điện Trạm điện Trạm điện Trung tõm điều khiển 1 Trung tõm điều khiển 1 Trạm điện Trđiạệm n Trạm điện Trạm điện
mỏy cắt, dao cỏch ly…), cỏc tớn hiệu tương tự (điện ỏp, dũng điện, cụng suất). Sau khi
được xử lý RTU sẽ gửi chỳng về trung tõm điều khiển.
Ngược lại, RTU sẽ nhận cỏc lệnh từ trung tõm điều khiển và truyền cỏc lệnh đú đi
điều khiển cỏc đối tượng bờn ngoài (đúng cắt cỏc mỏy cắt, tăng giảm nấc phõn ỏp) hay là trả lời cỏc yờu cầu khỏc. RTU là một thiết bị cú tớnh mở cao, nú cú thể dễ dàng mở
rộng, sử dụng nhiều dạng giao thức truyền tin khỏc nhau, cú thể nối vào cỏc hệ thống khỏc, cú thể hiển thị và in bỏo cỏo tại chỗ.
PLC: cũng là một thiết bị đầu cuối cú nhiệm vụ thu thập cỏc dạng tớn hiệu khỏc nhau tuỳ thuộc vào thực tế yờu cầu của người sử dụng, tuy nhiờn PCL cú nhiều modul khỏc nhau và cần lập trỡnh cho cỏc modul đú, để thu thập, điều khiển và giỏm sỏt được cỏc đối tượng hệ thống điện như tớn hiệu số (trạng thỏi mỏy cắt, dao cỏch ly…) cỏc tớn hiệu tương tự (điện ỏp, dũng điện, cụng suất…). Sau khi bộ vi xử lý trung tõm của PLC xử lý cỏc tớn hiệu sẽ gửi chỳng về trung tõm điều khiển.
Ngược lại, PLC sẽ nhận cỏc lệnh từ trung tõm điều khiển và truyền cỏc lệnh đú
đến cỏc rard modul tương ứng để điều khiển cỏc đối tượng bờn ngoài như (đúng cắt cỏc mỏy cắt, tăng giảm nấc phõn ỏp…) hay là trả lời cỏc yờu cầu khỏc.
Mỗi loại PLC đều cú 1 loại phần mềm chuyờn dụng của hóng sản xuất. Viết chương trỡnh điều khiển sử dụng việc lập giản đồ thang, dễ dàng, mềm dẻo cho sự thay
đổi cả phần cứng và phần mềm, giỏ thành rẻ rất phự hợp cho cỏc xớ nghiệp, cỏc dự ỏn nhỏ, thậm chớ cú thể thiết kế cả 1 cụng tơđiện tử thụng minh. 2.3.5 Chức năng của hệ thống SCADA - Thu thập dữ liệu - Xử lý dữ liệu nhiễu - Giỏm sỏt dữ liệu xử lý - Xử lý sự kiện - Điều khiển giỏm sỏt - Xử lý dữ liệu lịch sử - Tớnh toỏn a Thu thập dữ liệu
* Tổng quỏt
Hệ thống thu thập dữ liệu được thiết kếđể thu thập dữ liệu từ cỏc nhà mỏy, trạm… Nú cú thể thu thập tựđộng hoặc bằng tay, sau đú được xử lý và lưu trong cơ sở dữ liệu (CSDL) như mụ tả trong hỡnh 2.6.
Hỡnh 2.5: Quỏ trỡnh thu thập dữ liệu
Cỏc RTU lắp đặt trong cỏc trạm sẽ thu thập dữ liệu trong hệ thống điện. Dữ liệu thu thập bao gồm:
Indication: được thu thập khi đúng cụng tắc ở cỏc bo mạch đầu vào digital trong RTU. RTU sẽđọc trạng thỏi của indication và lưu vào trong CSDL của RTU. Indication cú hai kiểu là single point và double point. Nú cú thể là trạng thỏi đúng mở của mỏy cắt,
đúng mở dao cỏch ly, cảnh bỏo...
Mỗi khi thay đổi trạng thỏi, indication sẽ được tự động truyền từ RTU về trung tõm hoặc khi cú yờu cầu từ trạm Master.
Giỏ trịđo lường: gồm hai loại:
- Giỏ trị analog: qua bộ chuyển đổi A/D → định dạng nhị phõn - Giỏ trị digital
Cả hai giỏ trị này được quột theo chu kỳ và lưu vào trong CSDL RTU. Mỗi khi lưu giỏ trị mới thỡ nú sẽ ghi đố lờn giỏ trị cũ.
Giỏ trị cộng dồn: lấy từ cỏc xung sinh ra trong một process và được cộng dồn vào cỏc bộđếm xung trong RTU. Dữ liệu truyền về trạm Master trong cỏc 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 thỏi/dữ liệu (SC)
SC cú thể thực hiện trong toàn bộ hệ thống hoặc chỉ một trạm trong hệ thống. Mỗi khi yờu cầu kiểm tra trạng thỏi ở một trạm thỡ:
SCI - message được truyền tới từng RTU
Thu thập tất cả cỏc indication, giỏ trị đo lường và giỏ trị cộng dồn cho RTU ở
những điểm khụng thu thập thỡ sẽ sinh ra cảnh bỏo. * Nhập dữ liệu bằng tay
Nhập dữ liệu bằng tay trong cỏc trường hợp sau:
- Dữ liệu ở trạm khụng sử dụng hệ thống thu thập tựđộng
- Dữ liệu khụng được cập nhật do lỗi ở hệ thống thu thập dữ liệu - Dữ liệu bị cập nhật sai do lỗi transducer