Nghiên Cứu Giải Pháp Giám Sát và Điều Khiển Từ Xa SCADA cho Trạm Biến Áp 110kV Lê Chân

Tài liệu nghiên cứu Nghiên ứu giải pháp giám sát và điều khiển từ xa scada ho trạm biến áp phân phối 110kv lê chân thuộ, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Vũ Tuấn Anh
• Người hướng dẫn: TS. Lê Việt Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Giải Pháp Giám Sát và Điều Khiển Từ Xa SCADA cho Trạm Biến Áp 110kV Lê Chân
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN (SCADA)
• 1.1. Đặc điểm công trình
• 1.2. Mục tiêu của hệ thống SCADA
• 1.3. Phạm vi của hệ thống SCADA
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG SCADA
• 2.1. Giải pháp công nghệ cho hệ thống SCADA
• 2.2. Yêu cầu kỹ thuật chung
• 2.3. Giải pháp kỹ thuật cho hệ thống SCADA
• 2.4. Thiết kế cho hệ thống giám sát điều khiển SCADA
• 3. CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ KHI ÁP DỤNG SCADA
• 3.1. Hiện trạng hệ thống SCADA của trung tâm điều khiển
• 3.2. Trung tâm điều khiển - Công ty TNHH Điện lực Hải Phòng
• 3.3. Trạm 110kV Lê Chân
• 3.4. Phương pháp khi xảy ra sự cố lưới điện 110kV
• 3.4.1. Nguyên tắc xử lý sự cố
• 3.4.2. Nhiệm vụ của nhân viên vận hành trong xử lý sự cố
• 3.4.3. Quy định thao tác thiết bị tại Trung tâm điều khiển B2
• 3.4.4. Phương pháp xử lý khi đường dây nhảy sự cố
• 3.4.5. Phương pháp xử lý khi sự cố MBA 110kV
• 3.4.6. Phương pháp xử lý sự cố khi mất điện toàn trạm
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG KHI ÁP DỤNG SCADA CHO TRẠM BIẾN ÁP
• 4.1. Những lợi ích chung sau khi ứng dụng SCADA
• 4.2. Ưu điểm về mặt thời gian
• 4.3. Ưu điểm về chất lượng điện năng (chỉ số độ tin cậy cung cấp điện)
• 4.4. Những ưu điểm khác
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống SCADA Cho Trạm Biến Áp Khái Niệm Lợi Ích

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đóng vai trò then chốt trong việc giám sát, điều khiển, cảnh báo và lưu trữ dữ liệu của các trạm biến áp. Từ những ứng dụng ban đầu với quy mô nhỏ, SCADA đã phát triển mạnh mẽ nhờ tiến bộ trong truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm. Hệ thống này không chỉ thu thập dữ liệu từ xa mà còn cho phép điều khiển, giúp tối ưu hóa vận hành và giảm thiểu rủi ro. Một hệ SCADA hiện đại bao gồm các trạm điều khiển trung tâm, các trạm thu thập dữ liệu trung gian, hệ thống truyền thông và các công cụ phát triển ứng dụng. Các thành phần chức năng của hệ SCADA là giao diện người máy (HMI), cơ sở truyền thông công nghiệp, phần mềm kết nối các nguồn dữ liệu, cơ sở dữ liệu quá trình và dữ liệu cấu hình hệ thống, chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức, sự cố, hỗ trợ lập báo cáo thống kê.

1.1. Các Loại Hình Hệ Thống SCADA Phổ Biến Hiện Nay

Hệ thống SCADA có nhiều loại hình khác nhau, từ độc lập, nối mạng đến có hoặc không có chức năng đồ họa. Hệ thống không có chức năng đồ họa đơn giản và chi phí thấp, trong khi hệ thống xử lý đồ họa thông tin thời gian thực cho phép mô phỏng hoạt động của hệ thống sản xuất. Hệ thống SCADA độc lập thường điều khiển một hoặc hai máy, còn hệ thống SCADA mạng có thể điều khiển nhiều máy và kết nối với các bộ phận quản lý. Việc lựa chọn loại hình SCADA phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, từ đơn giản đến phức tạp, từ quy mô nhỏ đến lớn.

1.2. Các Chức Năng Quan Trọng Của Hệ Thống SCADA

Chức năng của hệ thống SCADA rất đa dạng, bao gồm quan sát, theo dõi, điều khiển giám sát, báo cáo cảnh báo, điều khiển, lưu trữ dữ liệu và báo cáo. SCADA kết hợp phần cứng và phần mềm để tự động hóa việc giám sát và điều khiển trong các lĩnh vực công nghiệp, năng lượng và dầu khí. Tùy theo yêu cầu, SCADA có thể thực hiện các nhiệm vụ như thu thập giám sát từ xa, điều khiển đóng cắt từ xa, điều chỉnh tự động từ xa và thông tin từ xa các đối tượng và các cấp quản lý.

1.3. Vai Trò Kênh Truyền Thông Trong Hệ Thống SCADA

Kênh truyền thông đóng vai trò quan trọng trong hệ thống SCADA. Độ tin cậy của hệ thống thường phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền thông, vì đây là bộ phận có hệ số tin cậy thấp nhất. Hệ thống SCADA không thể hoạt động bình thường nếu thiếu kênh truyền thông tin cậy và đủ mạnh. Ngày nay, cáp quang được sử dụng rộng rãi để truyền số liệu, với tốc độ truyền tín hiệu số đạt tới I9200 baud, hoặc bình thường người ta thường sử dụng tốc độ truyền 600 đến 9600 baud. Vì vậy kết nối mạng là tối quan trọng.

II. Thách Thức Mục Tiêu Triển Khai SCADA Tại Trạm 110kV Lê Chân

Trạm biến áp 110kV Lê Chân, với công suất hơn 120MW, đóng vai trò quan trọng trong lưới điện do HPPC quản lý. Tuy nhiên, trạm chưa có hệ thống SCADA, hệ thống mạng cáp quang đấu nối chưa hoàn chỉnh. Mục tiêu của việc triển khai SCADA là đáp ứng nhu cầu quản lý tập trung và tự động hóa, tiến tới trạm điều khiển tích hợp và trạm ít người hoặc không người trực. Điều này đòi hỏi thu thập đầy đủ các tín hiệu giám sát, đo lường, trạng thái thiết bị và rơ le bảo vệ để truyền về các trung tâm điều độ. Cần đầu tư hệ thống local SCADA để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ thiết bị trong trạm tại phòng điều hành.

2.1. Yêu Cầu Thu Thập Dữ Liệu Cho Trung Tâm Điều Độ A1

Hệ thống SCADA cần thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ le bảo vệ, các trạng thái, tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều khiển từ xa, các thiết bị thuộc quyền điều khiển và kiểm tra của các ngăn lộ được lắp đặt mới (cấp điện áp 110kV và 3.3kV). Dữ liệu này sẽ được bổ sung đầy đủ vào cơ sở dữ liệu SCADA của trạm để truyền về Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Bắc (A1), nhằm phục vụ việc chỉ huy điều hành hệ thống điện của A1. Việc thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời là rất quan trọng.

2.2. Yêu Cầu Thu Thập Dữ Liệu Cho Trung Tâm Điều Độ HPPC

Hệ thống SCADA cũng cần thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ le bảo vệ, các trạng thái của tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều khiển từ xa các thiết bị được lắp đặt mới để truyền về Trung tâm Điều độ - Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Phòng (HPPC). Dữ liệu này nhằm phục vụ việc chỉ huy điều hành lưới điện của Công ty. Điều này giúp HPPC có thể phản ứng nhanh chóng với mọi tình huống bất thường xảy ra trong lưới điện.

2.3. Vai Trò Hệ Thống Local SCADA Tại Trạm Biến Áp

Hệ thống local SCADA đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ các thiết bị trong trạm tại phòng điều hành. Nó giúp giảm thiểu công việc của điều hành viên và lưu lại toàn bộ diễn biến tại trạm khi mất truyền thông với trung tâm điều khiển. Hệ thống này còn dùng để kiểm tra, thử nghiệm tất cả các tín hiệu trước khi truyền về trung tâm, giảm thiểu thông tin rác. Vì vậy hệ thống Local SCADA giúp đảm bảo chất lượng và tính chính xác của dữ liệu.

III. Giải Pháp Công Nghệ SCADA Tiên Tiến Cho Trạm 110kV Lê Chân

Để triển khai hệ thống SCADA hiệu quả, cần áp dụng công nghệ tiên tiến, khai thác tối đa năng lực của các thiết bị IEDs (Intelligent Electronic Devices) hoặc BCU (Bay Control Unit)/Multi-meter. Điều này giúp giảm thiểu khối lượng cáp và đảm bảo tính linh hoạt, mở rộng của hệ thống. Giải pháp công nghệ cần đáp ứng các yêu cầu về kiến trúc mạng, truyền tin, giám sát điều khiển và quản lý dữ liệu. Hệ thống truyền thông cần đảm bảo tốc độ và độ tin cậy cao, trong khi hệ thống SCADA cần có khả năng thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu một cách trực quan.

3.1. Yêu Cầu Kỹ Thuật Chung Cho Hệ Thống SCADA

Hệ thống SCADA cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật chung về kiến trúc mạng, truyền tin, giám sát điều khiển và quản lý dữ liệu. Điều này bao gồm việc lựa chọn các giao thức truyền thông phù hợp, xây dựng kiến trúc mạng đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng, thiết kế giao diện người dùng thân thiện và hiệu quả, và xây dựng cơ sở dữ liệu mạnh mẽ để lưu trữ và quản lý dữ liệu.

3.2. Giải Pháp Kỹ Thuật Chi Tiết Cho Hệ Thống SCADA

Giải pháp kỹ thuật chi tiết cho hệ thống SCADA bao gồm lựa chọn hệ thống truyền thông phù hợp (ví dụ: cáp quang, mạng không dây), hệ thống SCADA trung tâm và hệ thống Local SCADA. Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển cần được thiết kế để thu thập dữ liệu từ các thiết bị IEDs và BCU một cách hiệu quả, đồng thời cho phép điều khiển từ xa các thiết bị này. Cần đảm bảo tính tương thích và khả năng tích hợp giữa các thành phần khác nhau của hệ thống.

3.3. Thiết Kế Giao Diện HMI Cho Hệ Thống SCADA

Thiết kế giao diện HMI (Human-Machine Interface) là một phần quan trọng của hệ thống SCADA. Giao diện HMI cần được thiết kế trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho người vận hành. Điều này bao gồm hiển thị các giá trị đo lường, trạng thái thiết bị, cảnh báo và cho phép điều khiển các thiết bị từ xa. Phần mềm SubStationHMI là một lựa chọn tốt để thiết kế giao diện HMI cho trạm biến áp.

IV. Hiện Trạng Xử Lý Sự Cố Khi Ứng Dụng SCADA 110kV

Việc ứng dụng hệ thống SCADA vào trung tâm điều khiển và trạm 110kV Lê Chân mang lại nhiều lợi ích trong việc giám sát và xử lý sự cố. SCADA giúp điều độ viên nắm bắt thông tin nhanh chóng và chính xác, từ đó đưa ra các quyết định xử lý kịp thời. Tuy nhiên, cần có quy trình xử lý sự cố rõ ràng và nhân viên vận hành cần được đào tạo bài bản để khai thác tối đa hiệu quả của SCADA. Quy định thao tác thiết bị tại trung tâm điều khiển cần được tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn và tin cậy.

4.1. Hiện Trạng Hệ Thống SCADA Tại Trung Tâm Điều Khiển

Trung tâm điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển lưới điện. Hệ thống SCADA tại trung tâm cần được trang bị đầy đủ các chức năng để thu thập, xử lý và hiển thị thông tin từ các trạm biến áp. Kiến trúc mạng tại trung tâm cần đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của lưới điện.

4.2. Phương Pháp Xử Lý Sự Cố Lưới Điện 110kV Với SCADA

Khi xảy ra sự cố lưới điện 110kV, hệ thống SCADA cung cấp thông tin quan trọng để xác định nguyên nhân và phạm vi của sự cố. Nguyên tắc xử lý sự cố cần được tuân thủ để đảm bảo an toàn và khôi phục lưới điện nhanh chóng. Nhiệm vụ của nhân viên vận hành là thu thập thông tin, đánh giá tình hình và thực hiện các thao tác cần thiết để cô lập sự cố và khôi phục cấp điện.

4.3. Quy Định Thao Tác Thiết Bị Tại Trung Tâm Điều Khiển

Quy định thao tác thiết bị tại trung tâm điều khiển cần được xây dựng chi tiết và tuân thủ nghiêm ngặt. Điều này bao gồm quy trình thao tác máy cắt, dao cách ly và các thiết bị khác. Cần có quy trình kiểm tra và xác nhận trước khi thực hiện bất kỳ thao tác nào để tránh sai sót và đảm bảo an toàn. Tuân thủ quy định giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy.

V. Phân Tích Ảnh Hưởng Khi Áp Dụng SCADA Tại Trạm Biến Áp

Việc áp dụng SCADA mang lại nhiều lợi ích, bao gồm cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian thao tác và tăng cường khả năng giám sát. SCADA cho phép giám sát từ xa, điều khiển thiết bị và thu thập dữ liệu một cách tự động, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao hiệu quả vận hành. Ưu điểm về thời gian, chất lượng điện năng và các mặt khác đều được cải thiện đáng kể sau khi ứng dụng SCADA.

5.1. Lợi Ích Chung Khi Ứng Dụng Hệ Thống SCADA

Những lợi ích chung sau khi ứng dụng SCADA rất lớn. SCADA cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian thao tác và tăng cường khả năng giám sát. Nó cho phép giám sát từ xa, điều khiển thiết bị và thu thập dữ liệu một cách tự động, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao hiệu quả vận hành. SCADA giúp tối ưu hóa việc quản lý và vận hành trạm biến áp.

5.2. Ưu Điểm Về Mặt Thời Gian Khi Vận Hành SCADA

Thời gian thao tác một thiết bị điện trung thế giảm đáng kể khi sử dụng SCADA. Trước đây, thời gian thao tác có thể mất nhiều thời gian, nhưng với SCADA, thao tác được thực hiện nhanh chóng và chính xác thông qua hệ thống điều khiển từ xa. Số lần thao tác cũng giảm do khả năng giám sát và điều khiển tập trung của SCADA, từ đó giảm thiểu nguy cơ sai sót và tăng cường hiệu quả vận hành.

5.3. Cải Thiện Chất Lượng Điện Năng Với Hệ Thống SCADA

Chất lượng điện năng được cải thiện đáng kể sau khi ứng dụng SCADA, thể hiện qua các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện (SAIDI, SAIFI, MAIFI). SCADA cho phép giám sát và điều khiển lưới điện một cách chính xác, giúp giảm thiểu thời gian mất điện và cải thiện độ ổn định của hệ thống. Điều này mang lại lợi ích lớn cho khách hàng và nâng cao uy tín của ngành điện.

VI. Kết Luận Định Hướng Phát Triển Hệ Thống SCADA

Việc hiện đại hóa lưới điện Việt Nam bằng hệ thống SCADA là một bước tiến quan trọng. Tuy nhiên, cần có các quy định mang tính thể chế của nhà nước để định hướng cho mô hình lưới điện thông minh phù hợp với đặc thù của Việt Nam. Việc quy định lại các yêu cầu không chỉ cho ngành điện mà còn cho phía hộ tiêu thụ điện là rất quan trọng. SCADA là giải pháp tối ưu cho trạm biến áp.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Quy Định Thể Chế Cho SCADA

Việc hiện đại hóa lưới điện Việt Nam bằng hệ thống SCADA là một bước tiến quan trọng, rất cần các quy định mang tính thể chế của nhà nước. Việc quy định lại các yêu cầu không những cho ngành điện mà cho phía hộ tiêu thụ, hộ phụ tải điện, là rất quan trọng để định hướng cho một mô hình lưới điện thông minh cụ thể hơn, áp dụng mang sắc thái lưới điện Việt Nam.

6.2. Hướng Phát Triển SCADA Trong Tương Lai

Hướng phát triển của SCADA trong tương lai là tích hợp các công nghệ mới như IoT (Internet of Things), AI (Artificial Intelligence) và Big Data để nâng cao khả năng giám sát, điều khiển và dự báo. SCADA sẽ trở nên thông minh hơn, có khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa hoạt động của lưới điện, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng và xã hội.

Nội dung chính

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!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN (SCADA) Hệ SCADA là một hệ thống mà các quá trình giám sát, điều khiển, cảnh báo, lưu trữ số liệu.Khi mới xuất hiện, hệ thống điều khiển tập trung này chỉ được ứng dụng trong những quy mô vừa và nhỏ nên đã nhanh chóng gây được sự chú ý bởi chính những hiệu quả mà chúng mang lại. Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ thống truyền thông được chú trọng và phần cứng được quan tâm nhiều hơn. Từ những năm gần đây, tiến bộ trong các lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm thực sự đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới, theo xu hướng phát triển hiện đại, với khả năng phân tán có sẵn trong hệ thống truyền thông ở cấp dưới (bus trường, bus xử lý) và ở cấp trên (Ethernet), thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.

Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng về cơ bản chúng được chia thành 4 nhóm với những tính năng sau: − SCADA độc lập; − SCADA nối mạng; − SCADA không có chức năng đồ họa; − SCADA có khả năng xử lý đồ họa. • Hệ thống SCADA không có chức năng đồ hoạ Là hệ thống thu nhận, xử lý số liệu thu bằng hình ảnh hoặc đồ thị, do không có bộ phận giám sát nên hệ thống rất đơn giản và giá thành thấp. • Hệ thống SCADA xử lý đồ họa thông tin thời gian thực. 12 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật Là hệ thống giám sát thu nhận dữ liệu có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của các hệ thống sản xuất nhờ các tập tin cấu hình của máy đã được khai báo trước đó.

Tập tin cấu hình sẽ ghi lại khả năng hoạt động của hệ thống, các giới hạn không gian hoạt động, giới hạn về khả năng công suất làm việc của máy. Nhờ biết trước khả năng làm việc của hệ thống, hoạt động của hệ thống sản xuất mà khi có tín hiệu quá tải hay có vấn đồ đột ngột phát sinh, hệ thống sẽ thông báo cho người giám sát biết trước để họ can thiệp vào hoặc tín hiệu vượt quá mức hệ thống cho phép hệ thống sẽ lập tức cho máy công tác ngừng hoạt động. • Hệ thống SCADA độc lập. Là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ xử lý, thông thường loại hệ thống này chỉ điều khiển một hoặc hai máy công cụ.

Do khả năng điều khiển ít máy công tác nên hệ thống sản xuất chỉ đáp ứng được cho việc sản xuất chi tiết, không tạo nên được dây truyền sản xuất lớn. • Hệ thống SCADA mạng. Là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ xử lý có nhiều bộ phận giám sát được kết nối với nhau thông qua mạng. Hệ thống này cho phép điều khiển hỗn hợp được nhiều máy công tác hoặc nhiều nhóm tạo nên một dây chuyền sản xuất tự động.

Đồng thời hệ thống có thể kết nối với nơi quản lý nơi ra quyết định sản xuất hay có thể trực tiếp sản xuất theo yêu cầu của khách hàng từ nơi bán hàng hay từ phòng thiết kế. Do được nối mạng nên chúng ta có thể điều khiển từ xa các thiết bị công tác mà điều kiện làm việc ở đó là nguy hiểm không cho phép con người đến gần. Có thể hình dung quá trình tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công việc chính:  Xây dựng màn hình hiển thị  Thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình 13 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật Một hệ SCADA hiện đại bao gồm các thành phần sau: • Các trạm điều khiển giám sát trung tâm • Các trạm thu thập dữ liệu trung gian • Hệ thống truyền thông • Các công cụ phát triển ứng dụng. Các thành phần chức năng của hệ SCADA là: • Giao diện người máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác…) • Cơ sở truyền thông công nghiệp • Phần mềm kết nối các nguồn dữ liệu.

• Cơ sở dữ liệu quá trình, dữ liệu cấu hình hệ thống. • Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức, sự cố. • Hỗ trợ lập báo cáo thống kê. Các chức năng của SCADA • Quan sát, theo dõi.

• Điều khiển giám sát • Báo cáo cảnh báo • Điều khiển • Lưu trữ dữ liệu • Báo cáo Nhìn chung, SCADA là một hệ thống kết hợp phần cứng, phần mềm để tự động hóa việc giám sát điều khiển cho một số đối tượng sản xuất công nghiệp, năng lượng, dầu khí… Tùy theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hóa ta có thể xây dựng hệ thống SCADA thực hiện một số trong những nhiệm vụ tự động hóa sau: − Thu thập giám sát từ xa về đối tượng. 14 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật − Điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng − Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng − Thông tin từ xa các đối tượng và các cấp quản lý Một hệ thống SCADA hiện đại bao gồm: máy chủ trung tâm (MTU: Master Terminal Unit), các thiết bị thu thập dữ liệu và điều khiển (RTUs), hệ thống thông tin liên lạc và phần mềm ứng dụng để giám sát và điều khiển RTU. Các hệ thống SCADA bao gồm một trạm chính (trung tâm điều hành) các RTU và một vài tuyến thông tin liên lạc giữa các thiết bị chủ tại trạm chính với các thiết bị đầu cuối RTU. Đường dây thông tin cụ thể là đường dây điện thoại, tuyến cáp quang, kênh viba hoặc kênh tài ba.

Đối với việc truyền số liệu, hiện nay người ta sử dụng rộng rãi cáp quang. Tốc độ truyền tín hiệu số được đo bằng bit/s (còn được gọi là baud). Tốc độ truyền cụ thể đạt tới I9200 baud, còn bình thường người ta thường sử dụng tốc độ truyền 600 đến 9600 baud. Kênh thông tin là tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống SCADA.

Trong hệ thống SCADA, độ tin cậy của cả hệ thống thường phụ thuộc vào chất lượng kênh thông tin vì đây là bộ phận của hệ số tin cậy thấp nhất trong hệ thống. Hệ thống SCADA không thể làm việc bình thường nếu thiếu kênh thông tin tin cậy và đủ mạnh.1 Đặc điểm công trình Trạm biến áp (TBA) 110kV Lê Chân là một điểm nút quan trọng trong lưới điện truyền tải và phân phối trong lưới điện do HPPC quản lý với tổng công suất hơn 120MW. Trạm gồm 2 ngăn lộ 110kV và 11 ngăn lộ 22kV là TBA đang vận hành nhưng chưa có hệ thống SCADA, hệ thống mạng cáp quang đấu nối đến trạm chưa hoàn chỉnh. 15 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật 1.2 Mục tiêu của hệ thống SCADA Đáp ứng như cầu quản lý tập trung và tự động hóa của ngành điện, có xu hướng tiến đến trạm điều khiển tích hợp và trạm ít người hoặc không người trực.

Do đó cần thiết phải thực hiện các nội dụng sau: Thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ le bảo vệ, các trạng thái, tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều khiển từ xa, các thiết bị thuộc quyền điều khiển và kiểm tra của các ngăn lộ được lắp đặt mới (cấp điện áp 110kV và 3.3kV) bổ sung đầy đủ vào cơ sở dữ liệu SCADA của trạm để truyền về Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Bắc (A1), nhằm phục vụ việc chỉ huy điều hành hệ thống điện của A1. Thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ le bảo vệ, các trạng thái của tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều khiển từ xa các thiết bị được lắp đặt mới để truyền về Trung tâm Điều độ - Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Phòng (HPPC) nhằm phục vụ việc chỉ huy điều hành lưới điện của Công ty. Ngoài ra hệ thống local SCADA cũng được đầu tư trong giai đoạn này để giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ các thiết bị trong trạm tại phòng điều hành nhằm giảm thiểu công việc của điều hành viên và lưu lại toàn bộ diễn biến tại trạm khi mất truyền thông với trung tâm điều khiển. Mặt khác hệ thống Local SCADA còn dùng để kiểm tra, thử nghiệm tất cả các tín hiệu trước khi truyền về trung tâm nhằm giảm thiểu thông tin rác.3 Phạm vi của hệ thống SCADA Xây dựng hệ thống SCADA kết nối về 02 trung tâm điều khiển và hệ thống local SCADA tại trạm cho các ngăn lộ lắp mới bao gồm ngăn lộ 171, 172, ngăn phân đoạn 110kV, ngăn MBA 2T – 63MVA.

16 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG SCADA 2.1 Giải pháp công nghệ cho hệ thống SCADA  Công nghệ tiên tiến  Khai thác tối đa năng lực của các thiết bị IEDs hoặc BCU/Multi-meter (có module I/O) trong trạm.  Giảm tối thiểu khối lượng cáp điều khiển và các thiết bị ghép nối (rơ le lệnh, rơ le lặp lại trạng thái và cảnh báo…). Kết nối qua các thiết bị giao tiếp tín hiệu I/O tại các ngăn lộ và kết nối vào mạng LAN tại trạm.  Tương tác và tuân thủ các tiêu chuẩn  Đáp ứng khả năng bảo dưỡng, tương thích và mở rộng.

 Giao diện HMI dễ hiểu, dễ vận hành  Đáp ứng tính tin cậy và sẵn sàng  Chi phí hợp lý  Định hướng nâng cấp lên hệ thống điều khiển tích hợp trạm và trạm ít/không người trực.1 Yêu cầu kỹ thuật chung  Yêu cầu kiến trúc tại trạm: theo tiêu chuẩn mạng LAN  Các tiêu chuẩn IEC về mạng truyền dẫn  Yêu cầu về khả năng bảo dưỡng.  Bảo vệ chống xung và nhiễm điện  Môi trường và các điều kiện làm việc xung quanh  Nguồn cấp điện  Cáp đấu nối  Kích thước RTU 17 | Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật 2. Các yêu cầu về kiến trúc mạng, truyền tin, giám sát điều khiển và quản lý dữ liệu. Kiến trúc mạng tại trạm  Mức trạm: mức trạm có chứa đựng kho dữ liệu thống nhất, các giao diện vận hành tại chỗ, các chức năng quản lý cấu hình và kỹ thuật, cũng như hệ thống SCADA, các thông tin vận hành, kỹ thuật và phi kỹ thuật có thể truy cập từ công ty.

Việc truyền tin nội bộ trạm sẽ thông qua thanh dẫn của trạm.