Nghiên cứu chuyển đổi từ trạm biến áp 110kV có người trực sang không người trực

• Tác giả: Huỳnh Tấn Linh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Chuyển Đổi Trạm Biến Áp 110kV Không Người Trực
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ của luận văn
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Mục tiêu
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN NAM
• 2.1. Giới thiệu tổng quan về lưới điện Công ty Lưới điện cao thế miền Nam quản lý
• 2.2. Trung tâm điều hành SCADA
• 2.3. Trung tâm điều khiển
• 2.4. Tổ thao tác lưu động
• 2.5. Trực ban vận hành Công ty lưới điện miền Nam
• 2.6. Trực ban vận hành Chi nhánh điện cao thế
• 2.7. Phân tích, so sánh kinh tế giữa trạm không người trực và trạm có người trực vận hành
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN QUYỀN ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG QUI TRÌNH PHỐI HỢP VẬN HÀNH KHI ĐƯA VÀO TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC
• 3.1. Phân quyền điều khiển thiết bị
• 3.2. Cấp điều độ HTĐ miền
• 3.3. Cấp điều độ lưới điện phân phối
• 3.4. Qui định về thao tác
• 3.5. Các thiết bị được phép thao tác điều khiển từ xa
• 3.6. Điều kiện thực hiện thao tác xa
• 3.7. Qui trình phối hợp vận hành thiết bị trong trạm 110kV
• 3.8. Những người chỉ huy thao tác và trực tiếp thao tác TBA KNT
• 3.9. Một số trường hợp phối hợp thao tác xa
• 4. CHƯƠNG 4: CẢI TẠO XÂY DỰNG LẠI KIẾN TRÚC TRẠM BIẾN ÁP 110KV TỪ CÓ NGƯỜI TRỰC SANG KHÔNG NGƯỜI TRỰC
• 4.1. Các yêu cầu khi vận hành trạm 110kV không người trực
• 4.2. Các yêu cầu về phần kiến điện
• 4.2.1. Thiết bị nhất thứ
• 4.2.2. Hệ thống điều khiển, bảo vệ, đo lường và SCADA
• 4.2.2.1. Hệ thống điều khiển
• 4.2.2.2. Hệ thống bảo vệ
• 4.2.2.3. Mạch liên động
• 4.2.2.4. Hệ thống đo lường
• 4.2.2.5. Hệ thống SCADA
• 4.2.2.5.1. Thiết bị đầu cuối RTU
• 4.2.2.5.2. Mạng truyền dẫn
• 4.2.2.5.3. Dữ liệu thu thập (Datalist)
• 4.2.2.6. Hệ thống nguồn tự dùng
• 4.2.3. Các yêu cầu về phần xây dựng
• 4.2.3.1. Yêu cầu về kiến trúc trạm
• 4.2.3.1.1. Nhà điều hành
• 4.2.3.1.2. Yêu cầu về hệ thống kỹ thuật phụ trợ khác
• 4.2.3.1.2.1. Hệ thống an ninh
• 4.2.3.1.2.2. Hệ thống PCCC
• 4.2.3.1.2.3. Hệ thống chiếu sáng
• 5. CHƯƠNG 5: TỔNG QUAN SCADA TẠI TRẠM 110/22KV
• 5.1. Qui Định các thiết bị bảo vệ và kí hiệu chuẩn tại trạm 110/22kV
• 5.2. Danh sách dữ liệu chuẩn của hệ thống SCADA
• 5.3. Thiết bị đầu cuối RTU
• 5.4. Mô hình kết nối các trạm biến áp 110kV về hệ thống SCADA
• 5.5. Cách thức thu thập và xử lý dữ liệu SCADA/RTU tại các trạm
• 6. CHƯƠNG 6: CHỨC NĂNG TỰ ĐỘNG HÓA CỦA CÁC TRẠM BIẾN ÁP 10KV
• 6.1. Tổng quan về giảm tổn thất công suất và nâng cao điện áp trên lưới phân phối
• 6.2. Giảm công suất phản kháng trong mạng điện
• 6.3. Nâng cao điện áp vận hành của hệ thống điện
• 6.4. Tự động hóa điều khiển nấc máy biến áp 110/22kV
• 6.5. Tự động điều khiển đóng/ngắt giàn tụ bù tại trạm biến áp 110kV
• 6.6. Phương pháp tính toán lập tụ bù Thanh cái 22kV trạm 110kV
• 6.7. Tính toán công suất phản kháng tiêu thụ bởi máy biến áp 110kV
• 6.8. Tính toán lắp đặt bù thanh cái các trạm 110kV
• 6.9. Cách tính toán dung lượng bù thanh cái 22kV cần thiết cho các trạm thực tế khảo sát
• 6.10. Định hướng triển khai bù thanh cái 22kV các trạm 110kV
• 6.11. Nhận xét và đề xuất
• 7. CHƯƠNG 7: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SCADA BẰNG VIJEO CITECT
• 7.1. Hệ thống SCADA bằng Vijeo Citect
• 7.2. Giới thiệu phần mềm VIJEO CITECT
• 7.3. Các công cụ trong Vijeo Citect
• 7.4. Các bước thiết lập dự án
• 7.5. Xây dựng hệ thống SCADA cho trạm biến áp 110/22kV
• 7.6. Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA trạm 110kV Chợ Lách
• 7.7. Tự động điều khiển nấc máy biến áp 110/22kV
• 7.8. Tự động điều khiển đóng/ngắt giàn tụ bù tại trạm biến áp 110kV
• 8. CHƯƠNG 8: TIÊU CHÍ ĐỂ THÀNH LẬP TRẠM 110KV KHÔNG NGƯỜI TRỰC
• 9. CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

I. Giới thiệu

Việc chuyển đổi từ trạm biến áp 110kV có người trực sang trạm biến áp không người trực là một yêu cầu cấp thiết trong quá trình hiện đại hóa hệ thống điện. Xu hướng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vận hành mà còn giảm thiểu nhân lực và chi phí đầu tư. Công nghệ tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và vận hành các trạm biến áp, đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục. Theo đó, việc xây dựng quy trình chuyển đổi từ trạm biến áp có người trực sang không người trực cần được thực hiện một cách bài bản và khoa học.

1.1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển mạnh mẽ của lưới điện miền Nam đã dẫn đến nhu cầu xây dựng các trạm biến áp không người trực. Việc này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí vận hành mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Hệ thống SCADA sẽ được áp dụng để giám sát và điều khiển từ xa, giúp giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm của người vận hành. Đặc biệt, việc chuyển đổi này còn đáp ứng được yêu cầu của thị trường điện hiện đại, nơi mà tính tự động hóa và an toàn là ưu tiên hàng đầu.

II. Hệ thống lưới điện

Công ty Lưới điện cao thế miền Nam hiện đang quản lý lưới điện 110kV trên 21 tỉnh, thành phố. Tổng chiều dài đường dây 110kV lên tới 5.000 km với 220 trạm biến áp. Việc quản lý và vận hành các trạm biến áp này đòi hỏi một hệ thống điều khiển hiệu quả. Trung tâm điều hành SCADA là một phần không thể thiếu trong việc giám sát và điều khiển lưới điện. Hệ thống này cho phép thu thập và xử lý thông tin từ các trạm biến áp, giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện.

2.1 Trung tâm điều hành SCADA

Trung tâm điều hành SCADA có chức năng quản lý, vận hành và xử lý sự cố cho toàn bộ hệ thống điện. Hệ thống này không chỉ giúp theo dõi tình trạng hoạt động của các trạm biến áp mà còn hỗ trợ trong việc bảo trì và nâng cấp hệ thống. Việc kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống khác nhau là rất quan trọng để đảm bảo tính liên tục và an toàn trong vận hành. Công nghệ thông tin trong điện lực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình vận hành và quản lý lưới điện.

III. Quy trình chuyển đổi

Quy trình chuyển đổi từ trạm biến áp 110kV có người trực sang trạm biến áp không người trực cần được xây dựng một cách chi tiết và rõ ràng. Các tiêu chí về an toàn, hiệu suất và độ tin cậy cần được đặt lên hàng đầu. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa và hệ thống SCADA sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả vận hành. Các bước trong quy trình này bao gồm đánh giá hiện trạng, thiết kế hệ thống mới và triển khai các giải pháp tự động hóa.

3.1 Các yêu cầu khi vận hành

Khi chuyển đổi sang trạm biến áp không người trực, cần đảm bảo rằng tất cả các thiết bị và hệ thống đều hoạt động ổn định và an toàn. Các yêu cầu về phần kiến trúc, hệ thống điều khiển, bảo vệ và đo lường cần được xác định rõ ràng. Hệ thống SCADA phải được thiết lập để giám sát và điều khiển từ xa, đảm bảo rằng mọi thông tin đều được cập nhật kịp thời. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành và hệ thống điện.

IV. Tính kinh tế và hiệu quả

Việc chuyển đổi sang trạm biến áp không người trực không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế lớn. Giảm thiểu nhân lực và chi phí đầu tư cho các thiết bị trung gian là một trong những lợi ích chính. Hệ thống tự động hóa giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu sự cố, từ đó tiết kiệm chi phí bảo trì và vận hành. Phân tích dữ liệu và giám sát từ xa cũng giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, đảm bảo rằng mọi hoạt động đều diễn ra suôn sẻ.

4.1 Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của việc chuyển đổi này cần dựa trên các tiêu chí như độ tin cậy, an toàn và chi phí. Việc áp dụng công nghệ thông tin và tự động hóa sẽ giúp nâng cao khả năng quản lý và vận hành, từ đó đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của thị trường điện. Các số liệu thu thập từ hệ thống SCADA sẽ cung cấp thông tin quý giá để cải thiện quy trình và nâng cao hiệu quả hoạt động của trạm biến áp.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của hệ thống lưới điện miền Nam, số lượng trạm biến áp 110kV ngày càng gia tăng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc chuyển đổi mô hình vận hành từ trạm có người trực sang trạm không người trực. Theo ước tính, Công ty Lưới điện cao thế miền Nam quản lý hơn 218 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng máy biến áp lên đến 17.334 MVA. Việc chuyển đổi này không chỉ giúp nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu nhân lực mà còn tăng cường độ tin cậy, an toàn trong vận hành, đồng thời giảm thiểu các sự cố do thao tác nhầm của con người. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng quy trình chuyển đổi, cải tạo các trạm hiện hữu và đề xuất tiêu chí xây dựng trạm mới theo mô hình không người trực, đồng thời giới thiệu và mô phỏng hệ thống SCADA tại trạm 110/22kV nhằm hỗ trợ tự động hóa vận hành. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các trạm biến áp 110kV thuộc quản lý của Công ty Lưới điện cao thế miền Nam trong giai đoạn từ năm 2018 đến 2019. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy lộ trình hiện đại hóa lưới điện, giảm chi phí vận hành và nâng cao chất lượng cung cấp điện liên tục, an toàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình quản lý vận hành lưới điện hiện đại, trong đó nổi bật là:

• Mô hình SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa, giúp tự động hóa vận hành trạm biến áp, giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp của con người.
• Lý thuyết tự động hóa trạm biến áp: Bao gồm các khái niệm về điều khiển từ xa, bảo vệ thiết bị, đo lường và xử lý tín hiệu thông qua các thiết bị điện tử thông minh (IED).
• Mô hình tổ chức vận hành phân quyền: Phân quyền điều khiển thiết bị giữa các cấp điều độ hệ thống điện miền Nam, trung tâm điều khiển và tổ thao tác lưu động nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.
• Các khái niệm chính bao gồm: trạm biến áp có người trực, trạm biến áp không người trực, hệ thống RTU (Remote Terminal Unit), Relay bảo vệ kỹ thuật số, hệ thống PCCC tự động, và mạng truyền dẫn dữ liệu SCADA.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết và thực tiễn vận hành:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ hơn 218 trạm biến áp 110kV do Công ty Lưới điện cao thế miền Nam quản lý, các báo cáo vận hành, tài liệu kỹ thuật và quy định của EVN.
• Phương pháp phân tích: Phân tích so sánh kinh tế giữa mô hình trạm có người trực và không người trực, xây dựng quy trình phối hợp vận hành, đánh giá kỹ thuật các thiết bị và hệ thống tự động hóa.
• Mô phỏng: Sử dụng phần mềm Vijeo Citect để mô phỏng hệ thống SCADA tại trạm biến áp 110/22kV Chợ Lách nhằm minh họa hiệu quả vận hành tự động.
• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 04/2018 đến tháng 10/2019, bao gồm khảo sát hiện trạng, phân tích kỹ thuật, xây dựng quy trình, mô phỏng và đề xuất giải pháp cải tạo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả kinh tế của trạm không người trực: So sánh chi phí vận hành cho thấy trạm không người trực giảm đáng kể chi phí nhân sự (giảm 9 người trực vận hành), chi phí xây dựng nhà điều hành và móng thiết bị giảm khoảng 30-40%, đồng thời giảm chi phí bồi thường đất do diện tích trạm nhỏ gọn hơn (khoảng 2.500 m² so với diện tích lớn hơn của trạm có người trực).

2. Tăng cường độ tin cậy và an toàn: Trạm không người trực sử dụng hệ thống SCADA với giao thức IEC 60870-5-101/104 và IEC 61850, trang bị Relay bảo vệ kỹ thuật số có độ tin cậy cao, hệ thống PCCC tự động và camera giám sát 24/7 giúp giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm và nâng cao an toàn cho người vận hành.

3. Quy trình phối hợp vận hành hiệu quả: Phân quyền điều khiển rõ ràng giữa cấp điều độ HTĐ miền, trung tâm điều khiển và tổ thao tác lưu động, với quy trình thao tác từ xa qua SCADA và xử lý sự cố tại chỗ khi cần thiết, đảm bảo thời gian xử lý sự cố không quá 60 phút.

4. Mô phỏng SCADA thành công: Mô phỏng hệ thống SCADA bằng Vijeo Citect tại trạm Chợ Lách cho thấy khả năng giám sát, điều khiển nấc máy biến áp và đóng/ngắt tụ bù tự động, giúp giảm tổn thất công suất và nâng cao điện áp vận hành trên lưới phân phối.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đến từ việc ứng dụng công nghệ tự động hóa và truyền dẫn dữ liệu hiện đại, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân lực trực tiếp tại trạm. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với xu hướng hiện đại hóa lưới điện thông minh trên thế giới, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định của EVN. Việc mô phỏng SCADA cung cấp bằng chứng trực quan cho khả năng vận hành ổn định và an toàn của trạm không người trực. Các biểu đồ so sánh chi phí vận hành và thời gian xử lý sự cố có thể được trình bày để minh họa rõ hơn sự khác biệt giữa hai mô hình. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu rủi ro vận hành, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm chi phí đầu tư, vận hành cho ngành điện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lộ trình chuyển đổi trạm biến áp 110kV: Áp dụng quy trình phối hợp vận hành đã xây dựng, ưu tiên cải tạo các trạm hiện hữu theo tiêu chí trạm không người trực trong vòng 2-3 năm tới, do Công ty Lưới điện cao thế miền Nam chủ trì thực hiện.

2. Đầu tư hoàn thiện hệ thống SCADA và thiết bị IED: Nâng cấp hệ thống RTU, Relay bảo vệ kỹ thuật số, mạng truyền dẫn cáp quang dự phòng nhằm đảm bảo độ tin cậy và khả năng điều khiển từ xa, với mục tiêu giảm thiểu sự cố và thời gian xử lý dưới 60 phút.

3. Xây dựng hệ thống an ninh và PCCC tự động: Lắp đặt camera IP giám sát 24/7, hệ thống báo cháy trung tâm có khả năng gửi tín hiệu về trung tâm điều khiển, đảm bảo an toàn vận hành và phòng chống cháy nổ hiệu quả.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành SCADA, xử lý sự cố và thao tác từ xa cho nhân viên trung tâm điều khiển và tổ thao tác lưu động, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.

5. Mở rộng mô phỏng và thử nghiệm: Tiếp tục sử dụng phần mềm Vijeo Citect để mô phỏng các trạm biến áp khác, đánh giá hiệu quả tự động hóa và điều chỉnh quy trình vận hành phù hợp với từng địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành lưới điện: Nắm bắt quy trình chuyển đổi và các tiêu chuẩn kỹ thuật trong vận hành trạm biến áp không người trực, áp dụng vào thực tiễn quản lý và vận hành.

2. Ban lãnh đạo các công ty điện lực: Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của mô hình trạm không người trực để hoạch định chiến lược đầu tư, cải tạo lưới điện phù hợp với xu hướng hiện đại hóa.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo các phương pháp nghiên cứu, mô phỏng SCADA và ứng dụng tự động hóa trong hệ thống điện, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu và luận văn.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị quy hoạch điện: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và lộ trình phát triển lưới điện thông minh, đảm bảo an toàn và hiệu quả cung cấp điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần chuyển đổi trạm biến áp 110kV sang mô hình không người trực?
   Việc chuyển đổi giúp giảm chi phí nhân lực, tăng độ tin cậy và an toàn vận hành, đồng thời đáp ứng yêu cầu tự động hóa và hiện đại hóa lưới điện theo xu hướng lưới điện thông minh.

2. Hệ thống SCADA có vai trò gì trong trạm không người trực?
   SCADA là hệ thống giám sát và điều khiển từ xa, cho phép theo dõi trạng thái thiết bị, thu thập dữ liệu và thực hiện thao tác điều khiển, giúp vận hành trạm tự động và giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp của con người.

3. Quy trình phối hợp vận hành trạm không người trực được thực hiện như thế nào?
   Quy trình phân quyền điều khiển rõ ràng giữa cấp điều độ, trung tâm điều khiển và tổ thao tác lưu động, với thao tác từ xa qua SCADA và xử lý sự cố tại chỗ khi cần thiết, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.

4. Chi phí vận hành trạm không người trực so với trạm có người trực giảm bao nhiêu?
   Theo phân tích, chi phí nhân sự giảm đáng kể do không cần bố trí 9 người trực vận hành, chi phí xây dựng và bồi thường đất cũng giảm khoảng 30-40%, giúp tiết kiệm tổng thể chi phí vận hành.

5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn và phòng chống cháy nổ tại trạm không người trực?
   Trạm được trang bị hệ thống PCCC tự động, camera giám sát 24/7, hệ thống báo cháy trung tâm có khả năng gửi tín hiệu về trung tâm điều khiển, cùng với các thiết bị chống cháy và cáp chống cháy, đảm bảo an toàn vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công quy trình chuyển đổi trạm biến áp 110kV có người trực sang không người trực, phù hợp với tiêu chuẩn và yêu cầu của EVN và EVNSPC.
• Mô hình trạm không người trực giúp giảm chi phí vận hành, tăng độ tin cậy và an toàn trong vận hành lưới điện.
• Hệ thống SCADA và các thiết bị tự động hóa được mô phỏng thành công, chứng minh hiệu quả vận hành và khả năng giám sát điều khiển từ xa.
• Đề xuất các giải pháp cải tạo, đầu tư thiết bị và đào tạo nhân sự nhằm thúc đẩy lộ trình hiện đại hóa lưới điện miền Nam.
• Khuyến nghị tiếp tục mở rộng nghiên cứu và ứng dụng mô hình này cho các trạm biến áp khác, góp phần phát triển lưới điện thông minh và bền vững.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý vận hành cần triển khai áp dụng quy trình và giải pháp đề xuất, đồng thời tổ chức đào tạo nhân sự để đảm bảo vận hành hiệu quả trạm không người trực trong thời gian tới.