TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC ÁP DỤNG CHO TRẠM 110KV

TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC ÁP DỤNG CHO TRẠM 110KV

Tóm tắt: Trong những năm gần đây su hướng tự động hóa các trạm biến áp không người trực được triển khai, nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm bớt được chi phí trong vận hành, trong đó giảm chi phí nhân công nhờ công nghệ không người trực. Để triển khai rộng rãi trên phạm vi toàn hệ thống nghành điện triển khai cho các trạm 110kV trước, vì vậy trong khuôn khổ bài báo tác giả đi tìm hiểu hệ thống điều khiển trạm 110kV, để có được tổng quan về mô hình trạm không người trực, làm cơ sở ngiên cứu tiếp theo của các trạm không người trực trong thực tế trong nghành điện hiện nay.

Trạm 110 kV được trang bị mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển dựa trên những thiết bị chuyên được dùng ( máy tính công nghiệp, gateway … ) có thông số kỹ thuật dự trữ nóng ( Hot-StandBy ). Hệ thống máy tính sẽ thực thi trách nhiệm điều khiển và tinh chỉnh và giám sát hoạt động giải trí của những thiết bị trong trạm đồng thời triển khai công dụng của thiết bị đầu cuối để tiếp xúc với Trung tâm tinh chỉnh và điều khiển địa phương và Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền .
Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh trạm được phong cách thiết kế dựa trên những chuẩn quốc tế bảo vệ tính mở, thuận tiện cho việc thay thế sửa chữa, lan rộng ra, tăng cấp. Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh trạm được phong cách thiết kế bảo vệ độ an toàn và đáng tin cậy, tính độc lập. Khi một thiết bị điều khiển và tinh chỉnh đơn lẻ bị sự cố, sẽ không làm tác động ảnh hưởng đến những thành phần khác. Hệ thống tinh chỉnh và điều khiển được phong cách thiết kế để hoàn toàn có thể tiếp xúc với mạng lưới hệ thống rơ le bảo vệ kỹ thuật số, hoàn toàn có thể quản lý và vận hành trọn vẹn không nguời trực nhưng vẫn có năng lực sử dụng, thao tác trong trường hợp có nhân viên cấp dưới quản lý và vận hành tại trạm .

Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh của trạm được trang bị gồm có :

• 01 bộ điều khiển (Server) gồm 2 thiết bị được thiết kế phần cứng dựa trên kiến trúc máy tính hoạt động ở chế độ dự phòng nóng (Hot-StandBy), tại một thời điểm chỉ có một thiết bị  hoạt động giao tiếp với hệ thống, thiết bị kia hoạt động ở chế độ dự phòng nóng, trong trường hợp thiết bị đang vận hành (HOT) gặp sự cố về phần cứng hoặc phần mềm thiết bị dự phòng (Stand By) sẽ lập tức được kích hoạt để trở thành thiết bị chạy chính (HOT) hoạt động giao tiếp với hệ thống và xử lý dữ liệu. Phần dữ liệu hệ thống luôn được cập nhật đồng thời và liên tục tới cả hai thiết bị, phương án này đảm bảo tính liên tục của hệ thống, giảm rủi ro hỏng hóc do cả hai thiết bị cùng chạy đồng thời giao tiếp với hệ thống. Nhằm đảm bảo tính thống nhất và đồng bộ, nâng cao độ ổn định của hệ thống, phần mềm SCADA được cài đặt vào máy chủ ưu tiên  tích hợp hệ thống của cùng một hãng sản xuất với hệ thống rơle bảo vệ và điều khiển.
• 01 bộ máy tính lưu trữ dữ liệu quá khứ History Server (HIS) làm nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu vận hành của hệ thống đặc biệt là các thông số đo lường, các tác vụ như: tìm kiếm dữ liệu quá khứ, chọn thông số, in và tạo báo cáo theo mẫu của nghành.
• 01 mạng Ring-LAN ( hoặc mạng LAN kép – Double LAN) dùng kết nối cáp quang tốc độ 100Mbit/s, mạng LAN này liên kết tất cả các thiết bị vận hành (IED) trong hệ thống: Rơ le điều khiển bảo vệ, công tơ, thiết bị thu thập tín hiệu trong trạm và hệ thống máy tính. Tất cả các thiết bị kết nối tới mạng LAN phải được trang bị 2 cổng kết nối tới mạng LAN để đảm bảo bất kì 1 trong các Switch nào trong mạng LAN bị hỏng, kết nối vẫn được liên tục giữa các thành phần trong hệ thống.
• 01 bộ IP Recorder cho việc lưu trữ dữ liệu giám sát trạm bằng camera bao gồm cả bộ điều khiển PZT tại trạm (cho vận hành có người trực tạm thời )
• 01 máy in laser
• Trọn bộ phần mềm, thiết bị đồng bộ thời gian GPS LAN time Server
• Thiết bị Router, FireWall để kết nối với mạng WAN của điện lực địa phương.
• Bộ thu thập giám sát I/O chung cho toàn trạm (hệ thống kiểm soát ra vào, camera, báo cháy, báo khói, điện chiếu sang, vận hành máy bơm cứu hỏa từ xa,…
• Thiết bị nguồn 220/380VAC, 220VDC, thiết bị đổi nguồn 220VDC/220VAC, các thiết bị nguồn này phải hoạt động Online, liên tục đảm bảo cấp điện cho trạm và các thiết bị cho trạm trong mọi điều kiện và đồng thời phải có thiết bị giám sát, điều khiển từ xa và kết nối với hệ thống máy tính (RTU, BCU…).
•  Hệ thống đảm bảo có tối thiểu 02 cổng Gateway được tích hợp sẵn để giao tiếp, truyền tín hiệu SCADA tới TTĐK địa phương (theo giao thức IEC60870-5-104, IEC61850) và TTĐĐ HTĐ Miền (theo giao thức IEC60870-5-101) cho phương án vận hành, kết nối trước mắt. Chuyển đổi tự động giữa hai cổng truyền thông của hai máy tính chủ trong chế độ Hot-Standby thông qua bộ chuyển đổi cổng thông tin (Fallback Switch)
• Mỗi ngăn đường dây, ngăn máy cắt cầu 110kV; máy biến áp 110kV; ngăn lộ tổng  có thể là 35kV hoặc 22kV; ngăn lộ đi 35kV hoặc 22kV ngoài chức năng bảo vệ cần được trang bị bộ điều khiển mức ngăn (BCU). Các bộ điều khiển mức ngăn được chế tạo tích hợp trong các rơ le bảo vệ. Các bộ BCU này được thiết kế ở chế độ dự phòng 1+1 và giao tiếp với hệ thống máy tính xử lý bằng cáp quang (fiber optic) qua giao thức IEC61850. Kết nối của mỗi BCU tới hệ thống mạng cũng cần được thiết kế ở chế độ dự phòng đường truyền, đảm bảo một sự cố tức thời sẽ không làm gián đoạn quá trình giám sát và vận hành hệ thống.

Để triển khai những công dụng điều khiển và tinh chỉnh và giám sát, trọn bộ ứng dụng thiết yếu sẽ được trang bị. Phần mềm được cho phép khai báo lan rộng ra thông số kỹ thuật mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh khi trạm lan rộng ra cũng thuộc hạng mục của ứng dụng được phân phối. Các ứng dụng được viết trên ngôn từ lập trình bậc cao. Hệ quản lý được dùng cho mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển máy tính của trạm là Window NT, Window Server 2000, Window XP hoặc phiên bản mới nhất của Windows Server

• Thủ tục truyền tin giữa trạm và Trung tâm điều độ: IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104.
• Thủ tục truyền tin trong nội bộ trạm bao gồm:
• Thủ tục truyền tin cho mạng LAN: IEC 61850.
• Thủ tục truyền tin cho kết nối giữa các IED trong trạm: IEC 61850
• Các IED được đấu nối trực tiếp với mạng LAN theo thủ tục IEC61850.

Việc vận dụng thủ tục IEC 61850, mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh máy tính của trạm thực sự là mạng lưới hệ thống mở, thuận tiện cho việc lan rộng ra trạm và liên kết với thiết bị tinh chỉnh và điều khiển bảo vệ của những đơn vị sản xuất khác nhau .

1.1.1 Chức năng của hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh được trang bị ứng dụng SCADA chuyên được dùng cho trạm biến áp có tính năng giám sát – điều khiển và tinh chỉnh mạng lưới hệ thống. Phần mềm phải có năng lực biến hóa linh động cho việc quản lý và vận hành mạng lưới hệ thống .

1. Điều khiển

Chức năng điều khiển và tinh chỉnh được thực thi tại trạm thao tác và dự trữ tại những bộ tinh chỉnh và điều khiển mức ngăn BCU. Các bộ BCU hoàn toàn có thể được sản xuất riêng không liên quan gì đến nhau hoặc được tích hợp trong những bộ rơ le bảo vệ. Bộ BCU có màn hình hiển thị đủ lớn được cho phép bộc lộ sơ đồ 1 sợi của trạm, trên đó có thông tư vị trí của những thiết bị đóng cắt và những giá trị đo lường và thống kê của ngăn .
Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh thực thi những công dụng sau :

• Đóng/ cắt các máy cắt, các dao cách ly có động cơ có kết hợp các điều kiện về hòa đồng bộ và khóa liên động thao tác
• Điều chỉnh tăng/ giảm điện áp máy biến áp
• Điều khiển hệ thống quạt mát máy biến áp …
• Chỉ thị trạng thái máy cắt, dao cách ly, dao nối đất; chỉ thị vị trí bộ điều chỉnh điện áp của máy biến áp

Để bảo vệ tính bảo đảm an toàn cao cho việc truy vấn mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển, sẽ có lao lý về mật khẩu được cho phép người can thiệp vào mạng lưới hệ thống ở những mức độ khác nhau như : hiển thị, thao tác, sửa đổi thông số kỹ thuật …. Phần mềm điều khiển và tinh chỉnh có năng lực lựa chọn hoặc bãi bỏ lựa chọn để tránh thao tác nhầm khi quản lý và vận hành. Trong một thời gian việc điều khiển và tinh chỉnh chỉ hoàn toàn có thể thực thi từ một vị trí .
Điều khiển đóng cắt những máy cắt, dao cách ly, … được triển khai kèm theo những điều kiện kèm theo về kiểm tra đồng nhất và khóa liên độndg thao tác trải qua những BCU .
Việc kiểm soát và điều chỉnh tăng, giảm điện áp, thông tư vị trí nấc của bộ điều áp dưới tải của máy biến áp được thực thi bởi bộ tinh chỉnh và điều khiển điện áp ( AVR ) và tại trạm thao tác .

1. Thu thập dữ liệu

Toàn bộ những tín hiệu của trạm cũng như những thông số kỹ thuật giám sát được tích lũy bởi bộ điều khiển và tinh chỉnh mức ngăn. Sơ đồ thu thập dữ liệu của mạng lưới hệ thống được diễn đạt như hình sau .

• Các tín hiệu trạng thái của các thiết bị đóng cắt như máy cắt, dao cách ly…được kết nối và thu thập vào các bộ BCU, rơle bảo vệ…thông qua các module đầu vào DI
• Các tín hiệu đo lường  của các đường dây 110kV, MBA, các xuất tuyến trung thế 35kV hoặc 22kV… được kết nối và thu thập vào các bộ BCU, rơle bảo vệ…thông qua các module đầu vào AI

Các tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh những thiết bị đóng – cắt, điều áp … được thực thi trải qua những môđun đầu ra BO của BCU, relays
Toàn bộ những tín hiệu của trạm cũng như những thông số kỹ thuật thống kê giám sát được tích lũy bởi bộ tinh chỉnh và điều khiển mức ngăn. Các tài liệu được tích lũy theo thời hạn thực, giải quyết và xử lý sơ bộ tại bộ điều khiển và tinh chỉnh mức ngăn. Các tài liệu được chuyển tới sever, hiển thị lên màn hình hiển thị. Các tài liệu tích lũy gồm có :

• Sơ đồ vận hành của trạm và vị trí của các thiết bị như: máy cắt, dao cách ly, dao nối đất.
• Vị trí nấc của bộ điều áp dưới tải máy biến áp, nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây của máy biến áp.
• Tình trạng làm việc của các thiết bị điện trong trạm
• Các thông số đo lường U, I, P, Q, f…của các đường dây, máy biến áp,…

1. Lưu giữ thông tin

Các thông tin gồm : những thông số kỹ thuật quản lý và vận hành, thực trạng thiết bị, những sự kiện, báo động … sẽ được lưu giữ tại máy tính gateway. Các tài liệu được tàng trữ trong những cơ sở tài liệu. Hệ quản trị cơ sở tài liệu là hệ cơ sở tài liệu kiểu quan hệ. Các thông tin, tài liệu quản lý và vận hành ( operating manual, technical manual, datasheet, manufactor information, … ) về thiết bị nhất thứ, nhị thứ … hoàn toàn có thể truy vấn trực tiếp trên giao diện quản lý và vận hành HMI .

1. Xử lý dữ liệu-thao tác vận hành

Thường xuyên giải quyết và xử lý và triển khai những đo lường và thống kê thiết yếu so với những số liệu nhận được, khi có những thông tin không thông thường cần ghi lại hoặc thông tin cho người quản lý và vận hành bằng ánh sáng hoặc âm thanh .
Quá trình thao tác được linh động trải qua những thanh công cụ của mạng lưới hệ thống. Hệ thống được phong cách thiết kế giao diện quản lý và vận hành kiểu Window, có sẵn những công cụ thao thác cơ bản như : mạng lưới hệ thống Window Menu, những tính năng, đổi màu thanh cái tự động hóa theo cấp điện áp ( Dynamic Busbar Coloring ) Zoom in, Zoom out, Panning, de-cluttering … những tính năng tương hỗ người dùng ghi chú ( notes ), lưu lại ( marking ) … hướng dẫn quản lý và vận hành cho những thiết bị với những sắc tố khác nhau ( xanh, đỏ, vàng ) …. thuận tiện cho thao tác theo dõi sơ đồ mạng lưới hệ thống, quản lý và vận hành thiết bị …

1. Lập các báo cáo

Hệ thống có năng lực tạo những báo cáo giải trình và tạo những đồ thị những thông số kỹ thuật thống kê giám sát ( Measurement report ) theo thời hạn thực … Có năng lực tàng trữ tài liệu 10 triệu bản ghi những tài liệu hoặc 02 năm. Các báo cáo giải trình và đồ thị hoàn toàn có thể được giải quyết và xử lý bằng những công cụ zoom / pan / cut / paste / ruler .. với tính năng nhiều dạng, kiểu đồ thị … được gửi theo nhu yếu của người quản lý và vận hành hoặc được tự động hóa in thẳng ra máy in theo chương trình được lập trước .

1.  Lập danh sách các sự kiện và các báo động

Hệ thống có khả năng tạo danh sách các sự kiện (event list), alarm (alarm list) (dạng bảng hoặc đồ thị). Các tín hiệu alarm, event có thể được đưa vào các nhóm sự kiện (signal group) dễ dàng cho việc theo dõi.  Hệ thống có thể đưa ra danh sách các sự kiện, đối tượng, thiết bị đang bị khóa, không được thao tác, vận hành, hiển thị (Blocking list) …

1. Giám sát và chỉnh định rơ le

Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh có năng lực tiếp xúc với mạng lưới hệ thống rơ le bảo vệ, có năng lực giám sát, chỉnh định những thông số kỹ thuật của rơ le .

1. Đồng bộ thời gian cho toàn  bộ các thiết bị của hệ thống

Hệ thống được trang bị anten và bộ tham chiếu thời hạn Time Server lấy theo mạng lưới hệ thống xác định toàn thế giới ( GPS ) theo giao thức NTP ( Network Time Protocol ). Các IEDs hoàn toàn có thể đồng điệu thời hạn theo thiết bị tinh chỉnh và điều khiển chính ( gateway ) .

1. Kết nối với hệ thống SCADA/EMS, mạng diện rộng (WAN).

Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh có năng lực trao đổi số liệu với mạng lưới hệ thống SCADA để tinh chỉnh và điều khiển giám sát từ xa .
k. Khả năng quy đổi giao diện quản lý và vận hành sang tiếng Việt : mạng lưới hệ thống tương hỗ người quản lý và vận hành trong trường hợp được nhu yếu .
l. Tích hợp những tác vụ giám sát, điều khiển và tinh chỉnh với mạng lưới hệ thống camera ngay trên màn hình hiển thị quản lý và vận hành mạng lưới hệ thống .
Trên màn hình hiển thị quản lý và vận hành mạng lưới hệ thống có sẵn những hình tượng thao tác mà người quản lý và vận hành qua đó hoàn toàn có thể giám sát bằng camera những thao tác quản lý và vận hành của mình .
m. Chức năng lưu giữ hình ảnh giám sát bằng camera qua bộ IP Recorder ( Đã gồm có bộ tinh chỉnh và điều khiển PTZ ) : Dung lượng lưu giữ đủ lớn cho những tài liệu trong thời hạn tối thiểu 2 năm .

 1.1.2 Phân cấp điều khiển:

Việc tinh chỉnh và điều khiển và giám sát so với Trạm được triển khai ở những mức sau :

Mức 1: Từ Trung tâm điều độ hệ thống điện miền

Trạm 110 kV hoàn toàn có thể điều khiển và tinh chỉnh và giám sát bởi Trung tâm điều độ HTĐ Miền ( qua mạng lưới hệ thống liên kết SCADA của trạm miền .

Mức 2: Từ Trung tâm điều khiển khu vực .

Trạm sẽ thuộc quyền tinh chỉnh và điều khiển trực tiếp của Trung tâm tinh chỉnh và điều khiển địa phương và điều độ bởi Trung tâm điều độ HTĐ Miền. Trong một thời gian chỉ có một TT có quyền tinh chỉnh và điều khiển .

Mức 3:  Từ trạm thao tác của trạm

Tại trạm thao tác hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển và giám sát hoạt động giải trí của những thiết bị trong khoanh vùng phạm vi trạm. Trạm thao tác được đặt trong phòng tinh chỉnh và điều khiển của trạm biến áp .

Mức 4: Điều khiển tại tủ điều khiển – bảo vệ của từng ngăn lộ.

• Từ bộ điều khiển mức ngăn

Chức năng điều khiển và tinh chỉnh, tích lũy, giải quyết và xử lý những tín hiệu số, tín hiệu tựa như trong một ngăn, trung chuyển những lệnh điều khiển và tinh chỉnh từ trạm thao tác tới những thiết bị của ngăn được triển khai trải qua bộ tinh chỉnh và điều khiển mức ngăn. Bộ tinh chỉnh và điều khiển mức ngăn được tích hợp trong những bộ rơ le bảo vệ. Màn hình của bộ điều khiển và tinh chỉnh mức ngăn đủ lớn để biểu lộ khá đầy đủ sơ đồ 1 sợi của ngăn cùng những giá trị giám sát của ngăn và vị trí của máy cắt, dao cách ly, dao nối đất, …

• Từ bộ điều khiển dự phòng

Để thực thi những công dụng tinh chỉnh và điều khiển, giám sát quan trọng so với những thành phần trong trạm khi mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh bằng máy tính ngừng thao tác, tại những tủ tinh chỉnh và điều khiển bảo vệ có lắp khóa điều khiển và tinh chỉnh đóng cắt máy cắt .

 Mức 5: Điều khiển trực tiếp tại thiết bị

Sơ đồ nguyên tắc mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển trạm được bộc lộ trên quy mô dưới đây :

Sơ đồ tổ chức triển khai mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh những trạm trong khu vực

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

( 1 ) PGS.TS Phạm Văn hòa. ThS Đặng Tiến Trung. ThS Lê Anh Tuấn – Hệ thống tinh chỉnh và điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu – Nhà xuất bản Bách khoa TP. Hà Nội – 2011 .
( 2 ) tiến sỹ Nguyễn Tuấn Linh Tài liệu học tập SCADA – Đại học Bách khoa Thành Phố Hà Nội .