MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Năng lượng điện là nguồn năng lượng quan trọng mang tính sống còn đối với mọi nền kinh tế. Nó góp phần tạo dựng nên cuộc sống văn minh nhận loại hiện nay.
Hầu như trên mọi lĩnh vực cuộc sống đều có sự hiện diện của năng lượng điện dưới mọi hình thái. Ở Việt Nam năng lượng điện cũng đã có mặt hàng trăm năm, cùng với nó là quá trình thiết lập cơ sở hạ tầng, hình thành ngành công nghiệp Điện. Trong những năm đất nước tiến hành đổi mới, nhất là quá trình Công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, điện năng có vai trò không thể thay thế. Để duy trì hệ thống Điện Quốc gia làm việc ổn định, tin cậy, cần thiết lập được một cơ sở hạ tầng tốt, một đội ngũ chuyên viên giỏi, trong đó vai trò của hệ thống thiết bị điều khiển và bảo vệ cực kỳ quan trọng.
Đối với các trạm biến áp 110kV thuộc Công ty lưới điện cao thế Miền Bắc trong đó có các trạm biến áp thuộc Chi nhánh Lưới điện cao thế Phú Thọ, hệ thống điều khiển và bảo vệ đã và đang được triển khai, từng bước được hoàn thiện. Với sự gợi ý của TS. Nguyễn Ngọc Trung cùng với các nhược điểm của hệ thống nêu trên, tôi quyết định chọn đề tài, đó là: “Nghiên cứu giải pháp nâng cấp bảo vệ rơ le và thiết kế hệ thống điều khiển xa trạm biến áp Phù Ninh, Phú Thọ”. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống SCADA trạm 110kV Phù Ninh - Phú Thọ, tìm hiểu hệ thống SCADA dùng giao thức IEC 61850 tại trạm 110kV Phù Ninh - Phú Thọ.
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển bảo vệ trạm biến áp 110 kV. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các giải pháp SCADA cho trạm biến áp 110 kV. - Nghiên cứu cách kết nối hệ thống tích hợp các thiết bị trong trạm 110kV. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là mô hình hệ thống SCADA và hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm 110 kV Phù Ninh - Phú Thọ - Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho trạm 110 kV Phù Ninh - Phú Thọ.
Phƣơng pháp nghiên cứu - Đề tài thuộc loại hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ, chuẩn hóa các tiêu chuẩn của truyền tín hiệu và xử lý tín hiệu áp dụng trong đo lường điều khiển hệ thống bảo vệ trong hệ thống điện. - Áp dụng các phần mềm trong việc lập trình điều khiển bảo vệ nhằm cụ thể hóa các đối tượng làm việc là phương pháp nghiên cứu chuyên sâu của đề tài. Dự kiến đóng góp mới - Về mặt khoa học: Nghiên cứu mô hình lý thuyết một số vấn đề chính về tự động hoá hệ thống bảo vệ cho trạm 110 kV Phù Ninh - Phú Thọ. - Về mặt thực tiễn: Quản lý hệ thống bảo vệ cho trạm 110 kV Phù Ninh - Phú Thọ tốt hơn nhờ công tác giám sát vận hành hệ thống, thu thập và lưu trữ thông tin đầy đủ và chính xác theo thời gian thực, xuất dữ liệu vận hành tự động.
Tăng năng suất lao động, giảm thiểu thấp nhất các tác động xấu của sự cố đến việc vận hành của nhà máy cũng như nâng cao đội ngũ vận hành cho nhà máy. HỆ THỐNG SCADA, BẢO VỆ RƠ LE VÀ CÁC CHUẨN GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TRONG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110KV 1. Khái niệm, vai trò và nhiệm vụ của hệ thống rơ le: Rơ le là một trong những thiết bị có thể bảo vệ được máy phát, máy biến áp, đường dây, thanh góp.và toàn bộ hệ thống điện làm việc an t oàn, phát triển liên tục, bền vững. Rơ le là một thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện để hạn chế đến mức thấp nhất có thể của các hậu quả do sự cố gây ra.
Các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng có thể do các hiện tượng thiên nhiên như giông bão, động đất, lũ lụt. do các thiết bị hao mòn, già cỗi gây chạm chập, đôi khi do công nhân vận hành thao tác sai. Tuy nhiên trong hệ thống có nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau, tính chất làm việc và yêu cầu bảo vệ khác nhau nên không thể chỉ dùng rơ le để bảo vệ. Ngày nay khái niệm rơ le có thể hiểu là một tổ hợp các thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn các nhu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn hệ thống điện.
Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le. Tính cắt nhanh. Khi có sự cố xảy ra thì yêu cầu rơ le phải phát hiện và xử lý cắt cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. tcsc = tbv + tmc (ms) Thời gian cắt sự cố bằng tổng thời gian tác động bảo vệ và thời gian làm việc máy cắt.
Tính chọn lọc. + Khả năng cắt đúng phần tử bị sự cố hư hỏng. + Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ phân ra 2 loại là bảo vệ chọn lọc tương đối và tuyệt đối. 3 + Chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong một phạm vi xác định, không làm việc dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận.
+ Chọn lọc tương đối: Là bảo vệ ngoài chức năng bảo vệ cho phần tử chính đặt bảo vệ còn có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận. Độ nhạy : + Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố. I nganmin + Hệ số độ nhạy: Kn I kđ + Bảo vệ chính Kn 2 + Bảo vệ dự phòng Kn 1,5 1. - Là tính năng bảo đảm cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn.
- Độ tin cậy tác động và độ tin cậy không tác động. - Độ tin cậy tác động là mức độ đảm bảo rơ le hay hệ thống rơ le có tác động khi có sự cố, và chỉ được tác động trong khu vực đặt bảo vệ đã định trước. - Độ tin cậy không tác động là mức độ đảm bảo rơ le hay hệ thống rơ le không làm việc sai, tức là tránh tác động nhầm khi đang làm việc bình thường hoặc có sự cố xảy ra ở ngoài phạm vi muốn bảo vệ. Tính kinh tế.
- Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong hệ thống điện không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra và có những tác động chuẩn xác. - Đối với các trang thiết bị điện áp cao và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế không đề ra , mà bốn yêu cầu về kĩ 4 thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn được các yêu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện. - Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở nhà máy điện hoặc lưới chuyển tải cao áp.
Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩ thuật mà chi phí thấp nhất. Khái niệm, vai trò hệ thống SCADA. - Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa. Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông [4].
Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau: - Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến. - Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được. - Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý. - Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy.
- Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác. - Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có hiệu quả. SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học. Từ những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát triển đi vào xu hướng tự động hóa.
Việc sản xuất thủ công được thay thế dần ở các xí nghiệp công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ 5 thông tin, đặc biệt sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ thống tự động hóa điều khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là một công cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân phối điện năng trong Điện lực. -Vào giữa những thập niên 90 của thế kỷ trước những hệ thống SCADA đầu tiên chỉ có tác dụng thu thập dữ liệu từ các bộ cảm biến bằng các đồng hồ đo, đèn báo, và các bộ ghi dữ liệu hiển thị dưới dạng đồ thị.
Hệ thống này hết sức đơn giản, không đáp ứng được yêu cầu công nghệ trong sản xuất. Hệ thống thu thập dữ liệu sơ khai [4] - Đến năm 2000, các chuẩn truyền thông như IEC870-5-101/104 và DNP 3.0 ra đời đã phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như giải pháp cho hệ thống SCADA. Các thiết bị cảm biến thu thập dữ liệu được thay thế bằng các thiết bị vào ra I/O (Intput/Output) sử dụng các chuẩn giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol). Sơ đồ hệ thống SCADA hiện đại - Hiện nay SCADA không thể thiếu được cho việc sản xuất tự động ở xí nghiệp công nghiệp cần độ chính xác và tự động hóa cao.