Luận văn thạc sĩ về mô phỏng hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biến áp 110

• Tác giả: Nguyễn Quang Thông
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Đình Anh Khôi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Mô Phỏng Hệ Thống Điều Khiển Và Bảo Vệ Trạm Biến Áp 110/22kV Điển Hình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về đề tài
• 1.2. Sơ đồ khối của đề tài
• 1.3. Tóm lượt các tài liệu nghiên cứu đã thực hiện
• 1.4. Điểm mới của đề tài
• 1.5. Bố cục của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN LIÊN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT
• 2.1. Khái niệm hệ thống điều khiển, liên động TBA
• 2.2. Điều kiện liên động điều khiển thiết bị của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 2.3. Ngăn lộ đường dây 171
• 2.4. Liên động đóng, mở dao cách ly 171-1 từ xa
• 2.5. Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-15 từ xa
• 2.6. Liên động đóng, mở dao cách ly 171-7 từ xa
• 2.7. Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-75 từ xa
• 2.8. Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-76 từ xa
• 2.9. Liên động đóng máy cắt 171 từ xa
• 2.10. Liên động mở máy cắt 171 từ xa
• 2.11. Các ngăn lộ còn lại của TBA 110kV Tân Sơn Nhất
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT
• 3.1. Giới thiệu chung về bảo vệ rơle
• 3.2. Bảo vệ rơle cho TBA 110/22kV
• 3.3. Bảo vệ MBA 110kV
• 3.4. Bảo vệ so lệch MBA 87T
• 3.5. Bảo vệ so lệch chống chạm đất 50REF
• 3.6. Bảo vệ quá dòng
• 3.7. Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF
• 3.8. Bảo vệ quả tải 49
• 3.9. Bảo vệ rơle khí Buchholz 96
• 3.10. Bảo vệ nhiệt độ dầu và cuộn dây 26
• 3.11. Bảo vệ áp suất 63
• 3.12. Rơle mức dầu 33
• 3.13. Bảo vệ đường dây 110kV
• 3.14. Bảo vệ khoảng cách 21
• 3.15. Bảo vệ quá dòng có hướng 67
• 3.16. Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF
• 3.17. Bảo vệ thanh cái 110kV
• 3.18. Bảo vệ so lệch thanh cái
• 3.19. Bảo vệ quá dòng 50/51, 50/51N, bảo vệ 50BF
• 3.20. Bảo vệ cho các ngăn lộ 22kV
• 3.21. Cấu hình hệ thống bảo vệ rơle TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 3.22. Ngăn lộ đường dây 171, 172
• 3.23. Ngăn lộ MBA T1, T2
• 3.24. Ngăn lộ tổng 431, 432 và kết giàn 412
• 3.25. Ngăn lộ ra 22kV
• 3.26. Ngăn lộ tụ bù 22kV
• 3.27. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 4. CHƯƠNG 4: TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT
• 4.1. Tự động đóng nguồn dự phòng
• 4.2. Giới thiệu chung về tự động đóng nguồn dự phòng
• 4.3. Tự động đóng nguồn dự phòng cho TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 4.4. Tự động đóng nguồn dự phòng 110kV
• 4.5. Tự động đóng nguồn dự phòng 22kV
• 4.6. Tự động đóng lại đường dây 79 TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 4.7. Tự động điều chỉnh điện áp TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 4.8. Tự động sa thải phụ tải theo tần số thấp
• 4.9. Khái niệm về sa thải phụ tải. Các trường hợp áp dụng sa thải phụ tải trong hệ thống điện
• 4.10. Tự động sa thải phụ tải theo tần số thấp
• 4.11. Sa thải phụ tải theo tần số thấp TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 4.12. Tự động làm mát MBA theo nhiệt độ vận hành TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN HMI CHO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 5.1. Phần mềm xây dựng mô hình
• 5.2. Giao diện HMI cho mô hình mô phỏng
• 5.3. Một số giao diện hệ thống điều khiển TBA thực tế ở Việt Nam
• 5.4. Giao diện SICAM PAS của hãng Siemens
• 5.5. Giao diện PACiS của hãng AREVA
• 5.6. Giao diện @STATION của Công ty ATS
• 5.7. Lựa chọn giải pháp giao diện điều khiển cho đề tài
• 5.8. Xây dựng giao diện HMI cho mô hình
• 5.9. Lập cơ sở dữ liệu ảo cho mô hình
• 5.10. Biến trạng thái
• 5.11. Tín hiệu đo lường dòng điện, điện áp, công suất
• 5.12. Giá trị dòng điện và điện áp sự cố
• 6. CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT
• 6.1. Mô phỏng hệ thống điều khiển TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất
• 6.2. Mô phỏng các trường hợp vận hành bình thường
• 6.3. Mô phỏng điều khiển vận hành các thiết bị MC, DCL, DTĐ
• 6.4. Mô phỏng điều khiển vận hành hệ thống đổi nấc và hệ thống làm mát MBA 110kV
• 6.5. Mô phỏng hệ thống bảo vệ TBA 110/22kV
• 6.6. Mô phỏng sự cố đường dây 110kV
• 6.7. Trường hợp sự cố xảy ra ở vùng 1 và vùng 2 của bảo vệ đường dây
• 6.8. Trường hợp sự cố xảy ra ở vùng 3 của bảo vệ đường dây
• 6.9. Trường hợp đóng lại đường dây khi đang có sự cố (SOTF)
• 6.10. Mô phỏng sự cố các ngăn lộ khác của TBA Tân Sơn Nhất
• 6.11. Mô phỏng tự động hóa trong TBA 110/22kV
• 6.12. Mô phỏng quá trình tự động điều chỉnh điện áp
• 6.13. Trường hợp điện áp phía 110kV tăng cao
• 6.14. Trường hợp điện áp phía 110kV tăng cao đột ngột
• 6.15. Trường hợp dòng vận hành MBA T1 tăng cao
• 6.16. Mô phỏng các quá trình tự động hóa khác của TBA Tân Sơn Nhất
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

I. Tổng quan về đề tài

Trạm biến áp (TBA) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, đảm bảo truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả. Hệ thống điều khiển trạm biến áp có nhiệm vụ quản lý và giám sát hoạt động của các thiết bị như máy biến áp (MBA), máy cắt (MC), và các thiết bị bảo vệ. Việc thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển này cần tuân thủ các quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động. Mô phỏng hệ thống điều khiển và bảo vệ cho TBA 110/22kV là một giải pháp hiệu quả giúp sinh viên và nhân viên vận hành có thể thực hành và hiểu rõ hơn về quy trình hoạt động của TBA mà không cần phải cắt điện trong thời gian dài.

1.1. Khái niệm hệ thống điều khiển và bảo vệ

Hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biến áp là phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị và người vận hành. Hệ thống này bao gồm các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) và phần mềm SCADA để thực hiện giám sát và điều khiển từ xa. Sự phát triển của công nghệ hiện đại đã mang lại nhiều lợi ích trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong trạm biến áp 110 không chỉ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

II. Xây dựng điều kiện liên động điều khiển thiết bị

Trong chương này, quá trình xây dựng các điều kiện liên động cho hệ thống điều khiển trạm biến áp 110/22kV Tân Sơn Nhất sẽ được trình bày. Các điều kiện này được thiết lập để đảm bảo rằng các thiết bị như dao cách ly (DCL) và máy cắt (MC) hoạt động một cách an toàn và hiệu quả. Việc liên động giữa các thiết bị giúp tránh các sự cố không mong muốn và đảm bảo rằng các thao tác điều khiển được thực hiện theo đúng quy trình. Các sơ đồ logic liên động sẽ được mô phỏng để giúp người vận hành hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống.

2.1. Liên động đóng mở dao cách ly

Liên động đóng, mở dao cách ly là một phần thiết yếu trong hệ thống bảo vệ trạm biến áp. Việc thực hiện các thao tác này phải tuân thủ các quy tắc nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người vận hành. Hệ thống sẽ được mô phỏng để thể hiện các tình huống khác nhau khi thực hiện thao tác đóng, mở dao cách ly từ xa, giúp người vận hành có thể chuẩn bị tốt hơn cho các tình huống thực tế. Sự phối hợp giữa các thiết bị trong hệ thống là rất quan trọng, và điều này được thể hiện rõ qua các sơ đồ liên động được xây dựng.

III. Xây dựng sơ đồ nguyên lý bảo vệ

Chương này trình bày sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho trạm biến áp 110/22kV Tân Sơn Nhất. Hệ thống bảo vệ bao gồm nhiều loại rơle khác nhau để phát hiện và xử lý các sự cố như quá dòng, ngắn mạch và quá tải. Việc thiết lập sơ đồ bảo vệ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Mô phỏng các trường hợp sự cố sẽ giúp sinh viên và nhân viên vận hành hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống bảo vệ và cách xử lý khi có sự cố xảy ra.

3.1. Bảo vệ rơle cho TBA 110 22kV

Bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/22kV là một phần không thể thiếu trong hệ thống bảo vệ. Các rơle này được sử dụng để phát hiện các sự cố và gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển để thực hiện các thao tác cần thiết. Mô phỏng các tình huống sự cố sẽ giúp người vận hành nắm bắt được quy trình xử lý và cải thiện kỹ năng ứng phó với các tình huống khẩn cấp. Sự kết hợp giữa các rơle bảo vệ và hệ thống điều khiển sẽ tạo ra một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả cho nhân viên vận hành.

IV. Tự động hóa trong trạm biến áp

Tự động hóa trong trạm biến áp 110/22kV là một xu hướng tất yếu trong ngành điện. Hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng cường độ chính xác và độ tin cậy trong quá trình vận hành. Việc tự động hóa các quy trình như đóng ngắt nguồn, điều chỉnh điện áp, và sa thải phụ tải sẽ được mô phỏng để thể hiện rõ cách thức hoạt động của hệ thống. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả công việc mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

4.1. Tự động đóng nguồn dự phòng

Tự động đóng nguồn dự phòng là một tính năng quan trọng trong hệ thống điều khiển trạm biến áp. Tính năng này giúp đảm bảo rằng nguồn điện được duy trì liên tục trong trường hợp xảy ra sự cố. Mô phỏng quá trình tự động đóng nguồn dự phòng sẽ giúp người vận hành hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống và chuẩn bị tốt hơn cho các tình huống khẩn cấp. Điều này không chỉ nâng cao độ tin cậy của hệ thống mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị.

V. Xây dựng giao diện HMI cho mô hình mô phỏng

Giao diện người-máy (HMI) là một phần không thể thiếu trong hệ thống điều khiển trạm biến áp. Giao diện này giúp người vận hành dễ dàng tương tác với hệ thống và theo dõi các thông số hoạt động. Việc xây dựng giao diện HMI cho mô hình mô phỏng sẽ được thực hiện để tạo ra một công cụ học tập hiệu quả cho sinh viên và nhân viên vận hành. Giao diện sẽ bao gồm các thông tin cần thiết về tình trạng hoạt động của các thiết bị trong trạm biến áp, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý.

5.1. Lập cơ sở dữ liệu ảo cho mô hình

Lập cơ sở dữ liệu ảo cho mô hình mô phỏng là một bước quan trọng trong việc xây dựng hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biến áp. Cơ sở dữ liệu này sẽ lưu trữ các thông tin cần thiết về tình trạng hoạt động của các thiết bị, giúp người vận hành có thể theo dõi và quản lý hiệu quả hơn. Mô phỏng sẽ thể hiện rõ cách thức hoạt động của cơ sở dữ liệu và cách thức mà nó tương tác với các thiết bị trong hệ thống, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng của mô hình trong thực tiễn.

VI. Mô phỏng hệ thống điều khiển bảo vệ và tự động hóa

Mô phỏng hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa cho trạm biến áp 110/22kV Tân Sơn Nhất sẽ được thực hiện để kiểm tra tính hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống. Các tình huống vận hành bình thường và sự cố sẽ được mô phỏng để đánh giá khả năng ứng phó của hệ thống trong các tình huống khác nhau. Mô phỏng này không chỉ giúp sinh viên và nhân viên vận hành có thêm kinh nghiệm mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện hệ thống trong tương lai.

6.1. Mô phỏng các trường hợp vận hành bình thường

Mô phỏng các trường hợp vận hành bình thường là một phần quan trọng trong quá trình nghiên cứu. Các tình huống này sẽ giúp người vận hành hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống và các quy trình cần tuân thủ. Việc thực hiện mô phỏng sẽ giúp nâng cao kỹ năng và sự tự tin của nhân viên vận hành trong việc xử lý các tình huống thực tế. Hệ thống sẽ được kiểm tra để đảm bảo rằng nó hoạt động đúng như mong đợi trong các tình huống bình thường.

VII. Kết luận

Luận văn này đã trình bày chi tiết về hệ thống mô phỏng hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biến áp 110/22kV. Qua đó, cho thấy tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ mô phỏng trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động của các trạm biến áp. Hệ thống mô phỏng không chỉ giúp sinh viên và nhân viên vận hành có thêm công cụ học tập mà còn cung cấp giải pháp thực tiễn cho việc đào tạo và nâng cao kỹ năng. Việc phát triển và ứng dụng mô hình này sẽ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ điện năng tại Việt Nam.