Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc nâng cao độ tin cậy và chất lượng điện năng, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu điện năng tăng trung bình khoảng 14% mỗi năm. Trạm biến áp phân phối 110kV Lê Chân, thuộc lưới điện thành phố Hải Phòng, với công suất hơn 120MW, là một điểm nút quan trọng trong hệ thống điện khu vực. Tuy nhiên, trạm hiện chưa được trang bị hệ thống giám sát và điều khiển từ xa SCADA, dẫn đến khó khăn trong quản lý vận hành và xử lý sự cố kịp thời. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng giải pháp SCADA phù hợp với đặc thù lưới điện Việt Nam, nhằm hiện đại hóa trạm biến áp Lê Chân, nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu thời gian thao tác và tăng cường độ tin cậy cung cấp điện. Nghiên cứu tập trung trong giai đoạn từ năm 2019 đến 2020, tại trạm biến áp Lê Chân và các trung tâm điều khiển liên quan. Việc áp dụng SCADA không chỉ giúp giảm chi phí quản lý, bảo trì mà còn góp phần phát triển lưới điện thông minh, đáp ứng yêu cầu tự động hóa và điều khiển từ xa trong ngành điện Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Tiêu chuẩn IEC 61850: Đây là tiêu chuẩn quốc tế về truyền thông và tự động hóa trạm biến áp, cho phép tích hợp các chức năng bảo vệ, điều khiển, đo lường và giám sát trong một hệ thống mạng LAN tốc độ cao (100Mbps). IEC 61850 hỗ trợ giao thức TCP/IP, giúp đơn giản hóa kết nối và nâng cao hiệu năng truyền tin.
  • Mô hình hệ thống SCADA: Bao gồm các thành phần chính như trạm điều khiển trung tâm (MTU), thiết bị thu thập và điều khiển từ xa (RTU), hệ thống truyền thông và phần mềm ứng dụng. SCADA có chức năng thu thập dữ liệu, giám sát, điều khiển, cảnh báo và lưu trữ dữ liệu.
  • Khái niệm về mạng LAN vòng (Ring) và sao (Star): Được áp dụng để thiết kế mạng truyền thông trong trạm nhằm đảm bảo tính dự phòng, tin cậy và hiệu suất cao.
  • Các khái niệm chính: RTU (Remote Terminal Unit), BCU (Bộ điều khiển mức ngăn), IED (Thiết bị điện tử thông minh), HMI (Giao diện người-máy), SOE (Trình tự các sự kiện), và các giao thức truyền thông như Modbus, DNP3, IEC 60870.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết và ứng dụng thực tiễn:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn quốc tế, báo cáo kỹ thuật của EVN và Công ty Điện lực Hải Phòng, dữ liệu vận hành thực tế tại trạm biến áp 110kV Lê Chân.
  • Phương pháp phân tích: So sánh các giải pháp SCADA hiện có trong và ngoài nước, đánh giá ưu nhược điểm, áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 để thiết kế hệ thống phù hợp với điều kiện Việt Nam.
  • Timeline nghiên cứu: Từ đầu năm 2019 đến giữa năm 2020, bao gồm khảo sát hiện trạng, thiết kế giải pháp, triển khai mô hình thử nghiệm và đánh giá hiệu quả.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tập trung vào trạm biến áp Lê Chân với 2 ngăn lộ 110kV, 11 ngăn lộ 22kV, tổng công suất 120MW, cùng các trung tâm điều khiển liên quan như Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Bắc (A1) và Công ty Điện lực Hải Phòng (HPPC).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm thời gian thao tác thiết bị trung thế: Trước khi áp dụng SCADA, thời gian thao tác một thiết bị điện trung thế tại trạm Lê Chân mất khoảng 10-15 phút. Sau khi triển khai SCADA, thời gian này giảm xuống còn dưới 2 phút, tương đương giảm hơn 80%.
  2. Cải thiện chỉ số độ tin cậy cung cấp điện: Chỉ số SAIDI (thời gian mất điện trung bình của khách hàng) giảm từ khoảng 150 phút/năm xuống còn 90 phút/năm sau 2 năm áp dụng SCADA, tương đương giảm 40%. Chỉ số SAIFI (số lần mất điện trung bình) giảm từ 3,5 lần/năm xuống còn 2 lần/năm.
  3. Tăng khả năng xử lý sự cố nhanh chóng: Hệ thống SCADA cho phép phát hiện và xử lý sự cố trong vòng 4 giây, so với trước đây mất từ 10 đến 20 phút để phát hiện và xử lý.
  4. Tối ưu hóa quản lý dữ liệu và cảnh báo: Hệ thống Local SCADA tại trạm lưu trữ hơn 512 sự kiện SOE với độ phân giải thời gian ±1ms, giúp phân tích chính xác trình tự sự kiện và hỗ trợ vận hành hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Việc giảm đáng kể thời gian thao tác thiết bị và cải thiện các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI cho thấy hiệu quả rõ rệt của hệ thống SCADA trong nâng cao chất lượng cung cấp điện. Nguyên nhân chính là do SCADA cho phép điều khiển và giám sát từ xa, giảm thiểu thao tác thủ công và sai sót của con người. So với các nghiên cứu trong khu vực, kết quả này phù hợp với xu hướng hiện đại hóa lưới điện thông minh, đồng thời phù hợp với điều kiện hạ tầng và kỹ thuật của Việt Nam. Việc áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 giúp hệ thống có khả năng mở rộng, tương thích với các thiết bị hiện đại và dễ dàng bảo trì, nâng cấp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chỉ số SAIDI, SAIFI trước và sau khi áp dụng SCADA, cũng như bảng thống kê thời gian thao tác thiết bị, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai mở rộng hệ thống SCADA cho các trạm biến áp phân phối khác: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là giảm thời gian thao tác thiết bị trung thế xuống dưới 3 phút, trong vòng 2 năm, do EVN và các công ty điện lực địa phương thực hiện.
  2. Đào tạo nhân viên vận hành về công nghệ SCADA và tiêu chuẩn IEC 61850: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì hệ thống, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả, thực hiện trong 12 tháng tới bởi các viện đào tạo và nhà cung cấp thiết bị.
  3. Nâng cấp hạ tầng truyền thông cáp quang và mạng LAN vòng (Ring): Đầu tư trang thiết bị truyền dẫn PCM-30, Ethernet Switch dự phòng nhằm đảm bảo độ tin cậy truyền thông trên 99,9%, hoàn thành trong 18 tháng, do các đơn vị kỹ thuật của EVN và nhà thầu thực hiện.
  4. Xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu và cảnh báo tập trung: Phát triển phần mềm quản lý dữ liệu quá khứ (HIS) với khả năng truy cập qua web, hỗ trợ phân tích và báo cáo sự cố nhanh chóng, hoàn thành trong 1 năm, do phòng CNTT và vận hành phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia ngành điện lực: Nghiên cứu giải pháp SCADA và tiêu chuẩn IEC 61850 để áp dụng trong thiết kế và vận hành trạm biến áp phân phối.
  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Tham khảo để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật và định hướng phát triển lưới điện thông minh phù hợp với điều kiện Việt Nam.
  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện: Học tập về công nghệ SCADA, phương pháp phân tích sự cố và thiết kế hệ thống điều khiển từ xa trong lưới điện phân phối.
  4. Các nhà cung cấp thiết bị và phần mềm SCADA: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn và đặc thù vận hành tại Việt Nam để phát triển sản phẩm phù hợp, nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. SCADA là gì và tại sao cần áp dụng cho trạm biến áp?
    SCADA là hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa, giúp tự động hóa vận hành trạm biến áp, giảm thời gian thao tác và tăng độ tin cậy cung cấp điện. Ví dụ, tại trạm Lê Chân, SCADA giúp giảm thời gian thao tác thiết bị từ 15 phút xuống dưới 2 phút.

  2. Tiêu chuẩn IEC 61850 có vai trò gì trong hệ thống SCADA?
    IEC 61850 là tiêu chuẩn quốc tế về truyền thông và tự động hóa trạm biến áp, giúp tích hợp các thiết bị bảo vệ, điều khiển và đo lường trên mạng LAN tốc độ cao, nâng cao hiệu quả và khả năng mở rộng hệ thống.

  3. Làm thế nào để xử lý sự cố nhanh chóng khi áp dụng SCADA?
    SCADA cung cấp dữ liệu thời gian thực và cảnh báo tự động, giúp nhân viên vận hành phát hiện và xử lý sự cố trong vòng vài giây, thay vì mất hàng chục phút như trước đây.

  4. Hệ thống SCADA có thể mở rộng và nâng cấp như thế nào?
    Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc phân tán mở, cho phép bổ sung chức năng mới và thiết bị mới mà không cần thay đổi toàn bộ hệ thống, đảm bảo tính linh hoạt và tiết kiệm chi phí.

  5. Ai là người chịu trách nhiệm vận hành và bảo trì hệ thống SCADA?
    Nhân viên vận hành tại trạm và trung tâm điều khiển, được đào tạo chuyên sâu về SCADA và tiêu chuẩn IEC 61850, phối hợp với đội ngũ kỹ thuật bảo trì để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công giải pháp SCADA phù hợp với trạm biến áp phân phối 110kV Lê Chân, nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện.
  • Áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850 giúp hệ thống có khả năng tích hợp, mở rộng và tương thích cao với các thiết bị hiện đại.
  • Kết quả thực nghiệm cho thấy giảm hơn 80% thời gian thao tác thiết bị và cải thiện đáng kể các chỉ số SAIDI, SAIFI.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai mở rộng, đào tạo nhân lực và nâng cấp hạ tầng truyền thông nhằm phát huy tối đa hiệu quả hệ thống.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng rộng rãi, hoàn thiện phần mềm quản lý dữ liệu và xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam.

Hành động ngay hôm nay để hiện đại hóa lưới điện phân phối, nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội!