Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành điện Việt Nam đang từng bước ứng dụng các thiết bị tự động hóa nhằm nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Theo báo cáo của ngành, tỷ lệ rơ le số trong các thiết bị bảo vệ hiện chiếm khoảng 80-85%, thể hiện xu hướng chuyển đổi mạnh mẽ từ các thiết bị cơ khí sang thiết bị điện tử thông minh. Trạm biến áp 110 kV Tiên Du - Bắc Ninh là một trong những công trình mới được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, trong đó việc điều khiển ngăn lộ đóng vai trò quan trọng trong vận hành và bảo vệ hệ thống điện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và ứng dụng giải pháp điều khiển ngăn lộ trong trạm biến áp 110 kV sử dụng rơ le số SEL 451 theo công nghệ OneATS, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo an toàn và tin cậy cho hệ thống. Nghiên cứu tập trung vào ngăn lộ 171 tại trạm biến áp Tiên Du, với phạm vi thực hiện trong năm 2022-2023 tại Công ty Điện lực Bắc Ninh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc làm chủ công nghệ điều khiển tự động hóa trạm biến áp, đồng thời góp phần phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật điện có trình độ cao, đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa lưới điện Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết điều khiển tự động hóa trong hệ thống điện và mô hình SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Lý thuyết điều khiển tự động hóa tập trung vào việc sử dụng rơ le số SEL 451 như một thiết bị bảo vệ và điều khiển ngăn lộ, với các khái niệm chính bao gồm: biến trung gian (AMV), biến trạng thái (ASV), biến giữ trạng thái (Latch Bits), và bộ hẹn giờ tuần tự (Sequencing Timers). Mô hình SCADA được áp dụng để giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị trong trạm biến áp, với cấu trúc hệ thống bao gồm các IED (Intelligent Electronic Devices), máy tính điều khiển, tủ truyền thông và phần mềm OneATS. Các khái niệm then chốt trong mô hình SCADA gồm: Front End Processing (FEP), Data Server, Grid Studio (thiết kế giao diện HMI), và Data Editor (cấu hình dữ liệu). Việc tích hợp các khung lý thuyết này giúp đảm bảo tính đồng bộ, linh hoạt và hiệu quả trong vận hành trạm biến áp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích mô hình và lập trình điều khiển. Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thực tế vận hành tại trạm biến áp 110 kV Tiên Du và các thiết bị thực nghiệm tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ các biến và tín hiệu liên quan đến ngăn lộ 171, với hơn 256 biến trung gian và 64 biến toán học được sử dụng trong lập trình. Phương pháp chọn mẫu là chọn ngăn lộ tiêu biểu có tính đại diện cao cho các ngăn lộ trong trạm biến áp. Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua phần mềm AcSELerator Quickset để lập trình rơ le SEL 451, kết hợp với OneATS Data Editor và Grid Studio để cấu hình và thiết kế giao diện HMI. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2022 đến tháng 5/2023, bao gồm các giai đoạn: khảo sát thực tế, thiết kế giải pháp, lập trình và thử nghiệm mô hình, đánh giá kết quả vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả điều khiển ngăn lộ từ xa: Kết quả vận hành mô hình cho thấy việc sử dụng rơ le số SEL 451 kết hợp công nghệ OneATS cho phép điều khiển đóng/cắt ngăn lộ 171 với độ chính xác trên 98%, giảm thiểu sai sót so với phương pháp thủ công truyền thống. Tỷ lệ thành công trong các thao tác điều khiển từ xa đạt khoảng 95% trong các thử nghiệm thực tế.

  2. Tính ổn định và tin cậy của hệ thống: Hệ thống SCADA với cấu trúc OneATS đảm bảo thu thập dữ liệu và phản hồi tín hiệu trong thời gian thực với độ trễ trung bình dưới 200 ms, đáp ứng yêu cầu vận hành liên tục và an toàn của trạm biến áp. So sánh với các hệ thống truyền thống, độ trễ giảm khoảng 30%, nâng cao khả năng xử lý sự cố nhanh chóng.

  3. Khả năng tùy biến và mở rộng: Việc lập trình tự do (Free-Form SELogic) trên rơ le SEL 451 cho phép thiết kế các phương trình điều khiển phức tạp, đáp ứng đa dạng các tình huống vận hành. Hệ thống có thể mở rộng để điều khiển nhiều ngăn lộ khác trong trạm mà không cần thay đổi phần cứng, tiết kiệm chi phí đầu tư.

  4. Giao diện người-máy thân thiện: Phần mềm OneATS Grid Studio cung cấp giao diện HMI trực quan, giúp người vận hành dễ dàng giám sát trạng thái các thiết bị và thực hiện các thao tác điều khiển nhanh chóng. Tỷ lệ lỗi do thao tác người dùng giảm khoảng 20% so với giao diện truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên xuất phát từ việc tích hợp đồng bộ giữa rơ le số SEL 451 và công nghệ OneATS, tận dụng tối đa khả năng xử lý tín hiệu số và truyền thông hiện đại. So với các nghiên cứu trước đây về điều khiển ngăn lộ trong trạm biến áp, nghiên cứu này đã mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ mới, đồng thời cung cấp giải pháp thực tiễn phù hợp với điều kiện vận hành tại Việt Nam. Việc giảm thiểu độ trễ và tăng độ chính xác trong điều khiển góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện do sự cố. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian phản hồi và bảng so sánh tỷ lệ thành công các thao tác điều khiển giữa phương pháp truyền thống và phương pháp nghiên cứu, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi công nghệ OneATS và rơ le SEL 451: Khuyến nghị các công ty điện lực tỉnh, đặc biệt là các trạm biến áp 110 kV, áp dụng giải pháp điều khiển ngăn lộ sử dụng rơ le số SEL 451 theo công nghệ OneATS nhằm nâng cao hiệu quả vận hành. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 2 năm, do các đơn vị kỹ thuật chủ trì.

  2. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ thuật cho nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về lập trình và vận hành hệ thống SCADA OneATS, giúp kỹ sư và nhân viên vận hành làm chủ công nghệ, giảm phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài. Mục tiêu nâng cao tỷ lệ nhân viên thành thạo lên 80% trong vòng 1 năm.

  3. Xây dựng quy trình vận hành và bảo trì chuẩn: Phát triển bộ quy trình vận hành, bảo trì và xử lý sự cố cho hệ thống điều khiển ngăn lộ sử dụng rơ le số, đảm bảo tính nhất quán và an toàn trong vận hành. Thời gian xây dựng quy trình là 6 tháng, do phòng kỹ thuật và an toàn phối hợp thực hiện.

  4. Nâng cấp hệ thống SCADA hiện có: Đề xuất nâng cấp phần mềm và phần cứng SCADA tại các trạm biến áp để tương thích với công nghệ OneATS, đảm bảo khả năng mở rộng và tích hợp các thiết bị mới trong tương lai. Kế hoạch nâng cấp trong vòng 18 tháng, phối hợp với nhà cung cấp thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư vận hành trạm biến áp: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về lập trình và vận hành rơ le số SEL 451, giúp kỹ sư nâng cao năng lực điều khiển tự động hóa và giám sát từ xa.

  2. Chuyên gia phát triển hệ thống SCADA: Các nhà phát triển phần mềm và hệ thống SCADA có thể tham khảo cấu trúc và phương pháp tích hợp công nghệ OneATS để thiết kế các giải pháp điều khiển hiện đại, linh hoạt.

  3. Nhà quản lý kỹ thuật điện: Giúp hiểu rõ về lợi ích và hiệu quả của việc ứng dụng rơ le số và công nghệ điều khiển tự động trong quản lý vận hành trạm biến áp, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư phù hợp.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện: Tài liệu cung cấp nền tảng lý thuyết và thực hành về điều khiển tự động hóa trong hệ thống điện, hỗ trợ nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Rơ le số SEL 451 có ưu điểm gì so với rơ le cơ khí truyền thống?
    Rơ le số SEL 451 tích hợp chức năng bảo vệ và tự động hóa, có khả năng xử lý tín hiệu số chính xác, giao tiếp với hệ thống SCADA, giúp giảm thiểu sai sót và tăng độ tin cậy vận hành.

  2. Công nghệ OneATS hỗ trợ điều khiển từ xa như thế nào?
    OneATS cung cấp các module FEP, Data Server và Grid Studio giúp thu thập dữ liệu, xử lý tín hiệu và thiết kế giao diện HMI, cho phép người vận hành điều khiển và giám sát thiết bị từ xa qua mạng LAN hoặc cáp quang.

  3. Làm thế nào để lập trình các phương trình điều khiển trên rơ le SEL 451?
    Sử dụng phần mềm AcSELerator Quickset, kỹ sư có thể lập trình các phương trình SELogic dạng cố định hoặc tự do, sử dụng các biến trung gian, biến trạng thái và bộ hẹn giờ để điều khiển các thiết bị đóng cắt.

  4. Giải pháp điều khiển ngăn lộ này có thể áp dụng cho các trạm biến áp khác không?
    Có, giải pháp có tính mở rộng cao, có thể áp dụng cho nhiều ngăn lộ và trạm biến áp khác nhau mà không cần thay đổi phần cứng, chỉ cần điều chỉnh lập trình và cấu hình phần mềm.

  5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi vận hành hệ thống điều khiển từ xa?
    Cần xây dựng quy trình vận hành, bảo trì nghiêm ngặt, đào tạo nhân viên, đồng thời sử dụng các thiết bị bảo vệ và giám sát trạng thái thiết bị liên tục để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xây dựng thành công giải pháp điều khiển ngăn lộ trong trạm biến áp 110 kV sử dụng rơ le số SEL 451 theo công nghệ OneATS, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy vận hành.
  • Hệ thống SCADA tích hợp với rơ le số cho phép điều khiển và giám sát từ xa với độ trễ thấp và tính ổn định cao.
  • Phương pháp lập trình SELogic trên SEL 451 đáp ứng linh hoạt các yêu cầu điều khiển phức tạp trong thực tế.
  • Giao diện HMI do OneATS Grid Studio thiết kế thân thiện, giúp giảm thiểu lỗi thao tác của người vận hành.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi giải pháp, đồng thời đào tạo và xây dựng quy trình vận hành chuẩn để phát huy tối đa hiệu quả công nghệ.

Tiếp theo, cần tiến hành mở rộng ứng dụng giải pháp cho các ngăn lộ khác và các trạm biến áp trong khu vực, đồng thời cập nhật, hoàn thiện quy trình vận hành và bảo trì. Các đơn vị quản lý và kỹ thuật được khuyến khích áp dụng và đào tạo nhân lực để làm chủ công nghệ hiện đại này.