Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối 22kV đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện ổn định và liên tục cho các khu vực đô thị và công nghiệp. Theo ước tính, việc giảm tổn thất điện năng và cải thiện các chỉ số độ tin cậy như SAIDI (System Average Interruption Duration Index) và SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) là mục tiêu trọng yếu của ngành điện đến năm 2020. Trong bối cảnh đó, việc ứng dụng hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) và tự động hóa vận hành lưới điện phân phối trở thành giải pháp thiết yếu nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành.

Nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bình Phú, với phạm vi khảo sát bao gồm các tuyến dây Cầu Kinh, Hương Lộ 4 và Kiên Lợi thuộc trạm Tân Tạo 110/22kV. Mục tiêu chính là đánh giá thực trạng vận hành mini SCADA qua truyền thông 3G, đồng thời đề xuất giải pháp kỹ thuật cải tạo hệ thống này sang vận hành tự động hóa qua truyền thông cáp quang. Thời gian nghiên cứu từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2018, nhằm đáp ứng các chỉ tiêu giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện theo định hướng phát triển lưới điện thông minh của EVN.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc cung cấp cơ sở dữ liệu và giải pháp kỹ thuật để nâng cấp hệ thống SCADA hiện hữu, góp phần tối ưu hóa chi phí sản xuất kinh doanh, nâng cao năng suất lao động và chất lượng dịch vụ khách hàng. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng mở rộng cho toàn bộ 64 tuyến dây và 143 thiết bị Recloser/LBS có chức năng kết nối SCADA thuộc phạm vi quản lý của Công ty Điện lực Bình Phú.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Lý thuyết SCADA trong hệ thống điện: SCADA là hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị điện. Hệ thống này thu thập dữ liệu trạng thái, dữ liệu tương tự và dữ liệu tích lũy theo thời gian từ các trạm biến áp và thiết bị trung thế, đồng thời truyền lệnh điều khiển đóng cắt, thay đổi giá trị đặt từ trung tâm điều độ đến các thiết bị đầu cuối.

  2. Mô hình tự động hóa lưới điện phân phối (DAS - Distribution Automation System): DAS là hệ thống tự động hóa vận hành lưới điện phân phối, bao gồm các thiết bị Recloser, LBS, Fault Indicator tích hợp SCADA, nhằm nâng cao độ tin cậy và giảm thời gian mất điện. Mô hình này sử dụng các giao thức truyền thông mở như IEC 60870-5-104 để kết nối các thiết bị qua mạng truyền thông hiện đại như 3G, cáp quang.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: Recloser (máy cắt tự đóng lại), LBS (Load Break Switch), Fault Indicator (thiết bị báo sự cố), giao thức IEC 60870-5-104, mini SCADA, DAS, SAIDI, SAIFI.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập trực tiếp từ hệ thống lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bình Phú, bao gồm thông số vận hành Recloser, LBS, dữ liệu sự cố từ thiết bị báo sự cố FLA3 và MD-EK, dữ liệu truyền thông 3G và cáp quang, cùng các báo cáo vận hành mini SCADA.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích định lượng dựa trên số liệu vận hành thực tế, đánh giá hiệu quả truyền thông 3G, phân tích kỹ thuật cải tạo hệ thống sang DAS qua truyền thông cáp quang. Mô phỏng kịch bản vận hành tự động hóa được thực hiện trên phần mềm e-terrabrowser của Alstom Grid để đánh giá tính khả thi và hiệu quả vận hành.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung trên 64 tuyến dây và 143 thiết bị Recloser/LBS có chức năng kết nối SCADA thuộc phạm vi quản lý của Công ty Điện lực Bình Phú. Việc chọn mẫu dựa trên các tuyến dây trọng điểm và thiết bị có khả năng tích hợp SCADA, đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ hệ thống.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong 6 tháng, từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2018, bao gồm khảo sát hiện trạng, thu thập dữ liệu, phân tích kỹ thuật, đề xuất giải pháp và mô phỏng vận hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng vận hành mini SCADA qua truyền thông 3G: Hệ thống mini SCADA tại Công ty Điện lực Bình Phú đã kết nối thành công các thiết bị trung thế qua mạng 3G với Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TP.HCM. Tuy nhiên, việc vận hành còn gặp hạn chế về độ ổn định truyền thông, với tỷ lệ mất kết nối khoảng 5-7% trong các giờ cao điểm, ảnh hưởng đến việc giám sát và điều khiển thiết bị.

  2. Hiệu quả của thiết bị Recloser và LBS tích hợp SCADA: Khoảng 80% sự cố trên lưới phân phối đường dây trên không là thoáng qua, được xử lý hiệu quả nhờ Recloser tự đóng lại. Việc tích hợp SCADA giúp giảm thời gian mất điện trung bình (SAIDI) xuống khoảng 15% so với vận hành thủ công, đồng thời giảm tần suất mất điện (SAIFI) khoảng 10%.

  3. Ứng dụng phần mềm e-terrabrowser trong quản lý lưới điện: Phần mềm cung cấp giao diện trực quan, hỗ trợ hiển thị sơ đồ one-line và tabular, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi trạng thái thiết bị và xử lý sự cố kịp thời. Khả năng thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sai sót.

  4. Giải pháp cải tạo hệ thống mini SCADA sang DAS qua truyền thông cáp quang: Việc chuyển đổi sang hệ thống DAS sử dụng cáp quang giúp tăng độ ổn định truyền thông lên trên 99,5%, giảm thiểu thời gian mất kết nối và nâng cao khả năng tự động hóa vận hành. Dự kiến, đầu tư cải tạo sẽ giảm tổn thất điện năng khoảng 8-10% và cải thiện các chỉ số SAIDI, SAIFI tương ứng 12% và 9%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các hạn chế trong vận hành mini SCADA qua 3G là do đặc tính không ổn định của mạng di động, ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường và tải mạng. So sánh với các nghiên cứu trong khu vực, việc sử dụng cáp quang trong DAS được đánh giá là giải pháp tối ưu, phù hợp với xu hướng phát triển lưới điện thông minh.

Việc ứng dụng phần mềm e-terrabrowser không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giám sát mà còn hỗ trợ đào tạo nhân viên vận hành qua mô phỏng kịch bản thực tế, giảm thiểu rủi ro vận hành sai. Các biểu đồ và bảng số liệu trong nghiên cứu minh họa rõ ràng sự cải thiện về độ tin cậy và hiệu quả vận hành sau khi áp dụng giải pháp DAS.

Kết quả nghiên cứu góp phần khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc hiện đại hóa lưới điện phân phối 22kV tại Công ty Điện lực Bình Phú, đồng thời làm cơ sở cho việc nhân rộng mô hình trên toàn thành phố và các khu vực tương tự.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai nâng cấp hệ thống truyền thông từ 3G sang cáp quang cho toàn bộ lưới điện phân phối 22kV nhằm tăng độ ổn định và tốc độ truyền dữ liệu, giảm tỷ lệ mất kết nối xuống dưới 1% trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật và đầu tư của Công ty Điện lực Bình Phú phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.

  2. Mở rộng ứng dụng hệ thống DAS với các thiết bị Recloser và LBS tích hợp SCADA trên toàn bộ 64 tuyến dây và 143 thiết bị hiện có, nhằm giảm tổn thất điện năng và cải thiện các chỉ số SAIDI, SAIFI. Thời gian thực hiện dự kiến 3 năm, với sự phối hợp của các đơn vị vận hành và bảo trì.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân viên vận hành về sử dụng phần mềm e-terrabrowser và vận hành tự động hóa lưới điện để đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn. Khuyến nghị tổ chức các khóa đào tạo định kỳ hàng năm, phối hợp với nhà cung cấp phần mềm và chuyên gia kỹ thuật.

  4. Xây dựng quy trình vận hành và xử lý sự cố chuẩn hóa cho hệ thống DAS nhằm tối ưu hóa thời gian phản ứng và khôi phục lưới điện khi có sự cố. Thời gian hoàn thiện quy trình trong 6 tháng, do phòng quản lý vận hành chủ trì phối hợp với các đơn vị liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về SCADA, DAS và các thiết bị trung thế tích hợp, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố.

  2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Thông tin về hiệu quả đầu tư và cải tiến kỹ thuật giúp định hướng phát triển hạ tầng lưới điện thông minh, tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng dịch vụ.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và mô hình mô phỏng thực tế, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp tự động hóa lưới điện.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị và giải pháp công nghệ cho ngành điện: Thông tin chi tiết về yêu cầu kỹ thuật, giao thức truyền thông và ứng dụng phần mềm giúp phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

  1. SCADA là gì và vai trò của nó trong lưới điện phân phối?
    SCADA là hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, thu thập dữ liệu trạng thái và điều khiển thiết bị trên lưới điện. Nó giúp nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian mất điện và tối ưu hóa vận hành.

  2. Tại sao cần chuyển đổi từ mini SCADA qua 3G sang DAS qua cáp quang?
    Mạng 3G có độ ổn định thấp, dễ bị gián đoạn, ảnh hưởng đến việc giám sát và điều khiển. Cáp quang cung cấp truyền thông ổn định, tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu tự động hóa và mở rộng lưới điện thông minh.

  3. Recloser có chức năng gì trong lưới điện phân phối?
    Recloser là máy cắt tự đóng lại, giúp xử lý sự cố thoáng qua trên đường dây, giảm thời gian mất điện và tăng độ tin cậy cung cấp điện.

  4. Phần mềm e-terrabrowser hỗ trợ gì cho vận hành lưới điện?
    Phần mềm cung cấp giao diện trực quan, hiển thị sơ đồ lưới điện, cảnh báo sự cố, hỗ trợ thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực, giúp người vận hành theo dõi và điều khiển hiệu quả.

  5. Các chỉ số SAIDI và SAIFI có ý nghĩa như thế nào?
    SAIDI đo thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong một năm, SAIFI đo tần suất mất điện trung bình. Giảm các chỉ số này đồng nghĩa với việc nâng cao độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện.

Kết luận

  • Hệ thống mini SCADA qua truyền thông 3G tại Công ty Điện lực Bình Phú đã được triển khai thành công nhưng còn hạn chế về độ ổn định truyền thông và hiệu quả vận hành.
  • Việc tích hợp thiết bị Recloser và LBS với SCADA giúp giảm đáng kể thời gian và tần suất mất điện, nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối.
  • Phần mềm e-terrabrowser cung cấp công cụ quản lý và mô phỏng hiệu quả, hỗ trợ vận hành và đào tạo nhân viên.
  • Giải pháp cải tạo hệ thống mini SCADA sang DAS sử dụng truyền thông cáp quang được đánh giá cao về tính khả thi và hiệu quả, góp phần hiện đại hóa lưới điện phân phối.
  • Đề xuất triển khai nâng cấp hạ tầng truyền thông, mở rộng DAS, đào tạo nhân lực và xây dựng quy trình vận hành chuẩn hóa nhằm đáp ứng mục tiêu phát triển lưới điện thông minh đến năm 2020 và xa hơn.

Để tiếp tục phát triển, các đơn vị liên quan cần phối hợp triển khai các giải pháp kỹ thuật và đào tạo nhân lực đồng bộ. Mời quý độc giả và các chuyên gia ngành điện tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.