Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ 4.0, ngành điện lực Việt Nam đã và đang đẩy mạnh tự động hóa các trạm biến áp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, giảm tổn thất và chi phí nhân công. Theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) tại Hội nghị báo cáo viên toàn quốc ngày 23/12/2020, đã có 61/63 trung tâm điều khiển các trạm biến áp từ xa được hoàn thành, đồng thời chuyển đổi 670/844 trạm biến áp sang mô hình không người trực. Việc vận hành trạm biến áp không người trực qua mạng internet là một hướng đi tất yếu nhằm hiện đại hóa hệ thống điện, góp phần xây dựng lưới điện thông minh, đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp hỗ trợ điều khiển và giám sát từ xa trong vận hành trạm biến áp không người trực thông qua mạng internet, với phạm vi nghiên cứu tại các trạm biến áp 110kV và 220kV thuộc hệ thống lưới điện quốc gia. Mục tiêu cụ thể là xây dựng giao diện giám sát và điều khiển thiết bị đầu cuối (Rơ le kỹ thuật số SEL-751A) qua phần mềm Visual Studio, đồng thời đề xuất cấu trúc truyền thông tín hiệu qua mạng internet nhằm tăng cường độ tin cậy và linh hoạt trong vận hành.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bổ sung phương án dự phòng cho hệ thống truyền thông cáp quang hiện tại, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành trạm biến áp không người trực, đồng thời giảm thiểu rủi ro và chi phí vận hành cho ngành điện lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

  • Lý thuyết tự động hóa trạm biến áp: Tập trung vào các yêu cầu kỹ thuật, ưu điểm và cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm biến áp, bao gồm việc sử dụng các thiết bị đầu cuối RTU, hệ thống SCADA/EMS và các thiết bị IED (Intelligent Electronic Devices).

  • Mô hình truyền thông theo tiêu chuẩn IEC 61850: Tiêu chuẩn quốc tế cho truyền thông và tự động hóa trạm biến áp, đảm bảo tính mở, khả năng tương tác giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau, và hỗ trợ truyền thông tốc độ cao qua mạng LAN.

  • Khái niệm và chức năng của Rơ le kỹ thuật số SEL-751A: Thiết bị bảo vệ và điều khiển thông minh, có khả năng thực hiện nhiều chức năng bảo vệ, đo lường và giao tiếp qua các giao thức chuẩn như Modbus TCP/IP, DNP3.

Các khái niệm chính bao gồm: trạm biến áp không người trực (TBAKNT), trung tâm điều khiển xa (TTĐKX), hệ thống SCADA/EMS, thiết bị đầu cuối RTU, thiết bị IED, giao thức truyền thông IEC 61850, và phần mềm giám sát Visual Studio.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, báo cáo của EVN, các tiêu chuẩn quốc tế IEC 61850, và dữ liệu thực tế từ trạm biến áp 110kV Tây Thành phố Thanh Hóa.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích cấu trúc truyền thông và vận hành trạm biến áp không người trực, nghiên cứu tính năng và thông số kỹ thuật của Rơ le kỹ thuật số SEL-751A, xây dựng mô hình giao diện giám sát và điều khiển qua phần mềm Visual Studio.

  • Mô hình thực nghiệm: Giả lập sự cố dòng cực đại tại một pha của máy biến áp, thiết kế giao diện điều khiển đóng/cắt máy cắt bảo vệ qua mạng internet, kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của giải pháp.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và thu thập dữ liệu trong 6 tháng đầu, phát triển mô hình và giao diện trong 4 tháng tiếp theo, thực nghiệm và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối năm 2022.

Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào một trạm biến áp 110kV tiêu biểu, với lựa chọn phương pháp phân tích mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả giải pháp trong điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cấu trúc truyền thông tín hiệu trong trạm không người trực: Đã đề xuất cấu trúc truyền thông tín hiệu điều khiển và giám sát thiết bị đầu cuối RTU qua mạng internet, hỗ trợ song song với đường truyền cáp quang hiện có. Giải pháp này giúp tăng độ tin cậy và linh hoạt trong vận hành, giảm thiểu rủi ro mất kết nối.

  2. Xây dựng giao diện giám sát trên phần mềm Visual Studio: Giao diện được thiết kế trực quan, cho phép điều khiển và giám sát Rơ le kỹ thuật số SEL-751A từ xa qua máy tính hoặc điện thoại. Mô hình thực nghiệm tại trạm 110kV Tây Thành phố Thanh Hóa cho thấy khả năng đóng/cắt máy cắt bảo vệ nhanh chóng, chính xác với độ trễ truyền thông thấp.

  3. Hiệu quả vận hành trạm không người trực: Việc áp dụng giải pháp điều khiển và giám sát từ xa qua mạng internet giúp giảm số lượng nhân lực vận hành tại trạm từ 11 lao động xuống còn 5 lao động cho một cụm 5 trạm 220kV, đồng thời đảm bảo vận hành an toàn, liên tục. Tỷ lệ trạm biến áp không người trực đã đạt khoảng 79% trong tổng số trạm 844 trạm được chuyển đổi.

  4. Khả năng mở rộng và tích hợp: Giải pháp tương thích với tiêu chuẩn IEC 61850, dễ dàng tích hợp với các thiết bị điều khiển bảo vệ của nhiều nhà sản xuất khác nhau, thuận tiện cho việc nâng cấp và mở rộng hệ thống trong tương lai.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của giải pháp nằm ở việc tận dụng tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 và công nghệ phần mềm hiện đại, giúp đảm bảo tính mở, linh hoạt và độ tin cậy cao. So sánh với các nghiên cứu trước đây, giải pháp này bổ sung thêm phương thức truyền thông qua mạng internet, tạo thêm kênh dự phòng bên cạnh mạng cáp quang truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ trạm biến áp không người trực trước và sau khi áp dụng giải pháp, cũng như bảng thống kê thời gian phản hồi điều khiển từ xa qua mạng internet so với mạng cáp quang. Điều này minh chứng rõ ràng hiệu quả và tính khả thi của giải pháp trong thực tế vận hành.

Ngoài ra, việc giảm nhân lực vận hành không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công, nâng cao độ an toàn cho hệ thống điện. Tuy nhiên, thách thức về an ninh mạng và đầu tư ban đầu vẫn cần được quan tâm và giải quyết trong các giai đoạn tiếp theo.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai mở rộng giải pháp điều khiển và giám sát từ xa qua mạng internet: Khuyến nghị các Tổng công ty Điện lực và Truyền tải điện quốc gia áp dụng giải pháp tại các trạm biến áp 110kV và 220kV trong vòng 2 năm tới nhằm tăng cường độ tin cậy và linh hoạt trong vận hành.

  2. Đầu tư nâng cấp hạ tầng mạng và an ninh mạng: Cần trang bị hệ thống bảo mật mạng tiên tiến, bao gồm tường lửa, VPN, và các giải pháp chống tấn công mạng để bảo vệ hệ thống điều khiển từ xa, đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn dữ liệu.

  3. Đào tạo nhân lực vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành hệ thống SCADA/EMS, phần mềm Visual Studio và thiết bị Rơ le kỹ thuật số SEL-751A cho đội ngũ kỹ thuật viên trong vòng 6 tháng, nâng cao năng lực quản lý và xử lý sự cố.

  4. Phát triển phần mềm giám sát đa nền tảng: Nghiên cứu và phát triển giao diện giám sát tương thích với nhiều thiết bị di động và hệ điều hành khác nhau, nhằm tăng tính tiện dụng và khả năng tiếp cận cho người vận hành.

  5. Thực hiện các dự án thí điểm và đánh giá hiệu quả: Triển khai các dự án thí điểm tại một số trạm biến áp trọng điểm trong 12 tháng để thu thập dữ liệu vận hành, đánh giá hiệu quả và điều chỉnh giải pháp phù hợp trước khi nhân rộng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia ngành điện lực: Nghiên cứu và áp dụng các giải pháp tự động hóa trạm biến áp không người trực, nâng cao hiệu quả vận hành và quản lý hệ thống điện.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Tham khảo để xây dựng các kế hoạch phát triển lưới điện thông minh, định hướng đầu tư công nghệ và nhân lực phù hợp.

  3. Các nhà phát triển phần mềm và thiết bị tự động hóa: Tìm hiểu về yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn IEC 61850 và các thiết bị IED để phát triển sản phẩm tương thích, đáp ứng nhu cầu thị trường.

  4. Sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành kỹ thuật điện: Học tập, nghiên cứu về tự động hóa trạm biến áp, hệ thống SCADA/EMS và các công nghệ truyền thông hiện đại trong ngành điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải áp dụng mô hình trạm biến áp không người trực?
    Mô hình này giúp giảm nhân lực vận hành, nâng cao độ tin cậy và an toàn hệ thống điện, đồng thời giảm chi phí vận hành và tăng hiệu quả quản lý.

  2. Giải pháp điều khiển từ xa qua mạng internet có đảm bảo an toàn không?
    Giải pháp sử dụng các biện pháp bảo mật như tường lửa, VPN và kiểm soát truy cập dựa trên vai trò, giúp bảo vệ hệ thống khỏi các nguy cơ tấn công mạng.

  3. Tiêu chuẩn IEC 61850 có vai trò gì trong tự động hóa trạm biến áp?
    IEC 61850 chuẩn hóa giao thức truyền thông, giúp các thiết bị của nhiều nhà sản xuất tương tác hiệu quả, tăng tính mở và dễ dàng nâng cấp hệ thống.

  4. Phần mềm Visual Studio được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Visual Studio được dùng để thiết kế giao diện giám sát và điều khiển từ xa Rơ le kỹ thuật số SEL-751A, giúp người vận hành thao tác qua máy tính hoặc điện thoại.

  5. Giải pháp này có thể áp dụng cho các trạm biến áp khác không?
    Có, giải pháp tương thích với nhiều loại trạm biến áp và thiết bị điều khiển khác nhau, đặc biệt phù hợp với các trạm biến áp 110kV và 220kV trong hệ thống lưới điện quốc gia.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công giải pháp điều khiển và giám sát từ xa trạm biến áp không người trực qua mạng internet, sử dụng phần mềm Visual Studio và thiết bị Rơ le kỹ thuật số SEL-751A.
  • Giải pháp góp phần tăng độ tin cậy, linh hoạt trong vận hành, đồng thời giảm nhân lực và chi phí cho ngành điện lực.
  • Đề xuất mở rộng áp dụng giải pháp tại các trạm biến áp 110kV và 220kV trong vòng 2 năm tới, kết hợp nâng cấp hạ tầng mạng và an ninh mạng.
  • Khuyến nghị đào tạo nhân lực và phát triển phần mềm đa nền tảng để nâng cao hiệu quả vận hành.
  • Tiếp tục nghiên cứu, thực nghiệm và hoàn thiện giải pháp nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển lưới điện thông minh trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai các dự án thí điểm, thu thập dữ liệu vận hành thực tế và điều chỉnh giải pháp phù hợp nhằm nhân rộng mô hình trạm biến áp không người trực trên toàn quốc.