CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP Chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện được thể hiện trong hình vẽ 1. Điện năng được sản xuất từ các nhà máy điện được đưa qua các máy biến áp tăng áp nhằm tăng điện áp lên mức cao, qua đường dây truyền tải chuyển đến trung tâm phụ tải, tại đây các máy biến áp hạ áp thực hiện giảm điện áp xuống mức thấp để cung cấp cho khách hàng. Do đó có thể nói trạm biến áp là khâu rất quan trọng trong quá trình truyền tải năng lượng từ nhà sản xuất đến người tiêu dùng và hiện đại hoá các trạm biến áp cũng là một nhiệm vụ quan trọng trong việc hiện đại hoá hệ thống điện nói chung.1 Minh hoạ sơ đồ chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện 1.1 Sự cần thiết xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm Quá trình nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp thực chất đây là quá trình thực hiện tự động hoá trạm. Quá trình nghiên cứu này luôn xét đến hai yếu tố đó là tính kinh tế và tính kỹ thuật.1 Tính kinh tế Nhu cầu thông tin về hệ thống điện mang lại cho doanh nghiệp sức mạnh để thành công hơn và có tính cạnh tranh cao trong một thị trường cạnh tranh 10 kinh doanh điện năng.
Trong môi trường này, các thông tin trở thành nhu cầu quan trọng giúp cho việc đưa ra các quyết định kịp thời và chính xác mà các trạm biến áp truyền thống không thể thu thập thông tin đáp ứng sự đòi hỏi của thị trường điện. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế được thể hiện cụ thể ở các vấn đề sau: 1.1 Những thay đổi khi có thị trường điện Khi thị trường điện phát triển, sẽ dự báo ngày càng có nhiều thay đổi mô hình tổ chức quản lý hệ thống điện tương lai. Trong thị trường điện truyền thống các trung tâm kiểm soát điện năng được điều chỉnh trong phạm vi hẹp giữa các khu vực trong một quốc gia, năng lượng sẽ do một doanh nghiệp đảm nhiệm đóng vai trò kiểm soát và mua bán điện năng. Khi chủ trương xã hội hoá ngành điện của các Quốc gia được xem là bắt buộc thì một thị trường điện cạnh tranh được hình thành, dần dần vai trò một chủ thể doanh nghiệp quản lý kinh doanh hệ thống điện biến mất và sẽ có nhiều doanh nghiệp cùng tham gia cung cấp dịch vụ năng lượng trong tương lai.2 Giảm chi phí trong quá trình vận hành Khi các trạm biến áp được trang bị các thiết bị có khả năng giám sát và điều khiển từ xa thì việc giảm các chi phí liên quan đến công tác vận hành là yếu tố chủ yếu có ảnh hưởng đến toàn bộ lợi ích kinh tế.
Những yếu tố sau đây làm giảm các khoản chi phí trong công tác vận hành: - Giảm được số lượng nhân viên tham gia vào công tác vận hành trạm biến áp tức là làm giảm được các chi phí liên quan đến chi phí tiền lương, tiền phụ cấp, tiền trang bị trang bị bảo hộ lao động và các chi phí sinh hoạt khác. - Giảm được thời gian xử lý do hệ thống được trang bị là các rơ le kỹ thuật số, thiết bị điện tử thông minh sẽ thực hiện chính xác các chức năng phức tạp hơn người vận hành.3 Giảm chi phí bảo dưỡng 11 Giảm chi phí do hỏng hóc và khắc phục: Vấn đề xử lý hỏng hóc ở các trạm biến áp truyền thống mất rất nhiều thời gian do hệ thống dây dẫn đấu nối tại các tủ bảng điện của thiết bị bảo vệ và điều khiển rất phức tạp. Ở các trạm biến áp đã có hệ thống giám sát điều khiển hiện đại, thì thời gian phát hiện hỏng hóc và khắc phục được giảm thiểu bởi vì hệ thống dây dẫn được thiết kế với cấu trúc ít phức tạp hơn và có thể xử lý trực tiếp tại các phần mềm chuyên dụng mà không phải ngừng vận hành các thiết bị tại trạm biến áp. Giảm chi phí bảo dưỡng thiết bị sơ cấp: Nhờ có các thông tin dữ liệu được cập nhật chính xác và kịp thời từ phần mềm hệ thống về tình trạng của thiết bị trong suốt quá trình vận hành nên có thể tiến hành công tác bảo dưỡng thiết bị sơ cấp ngay mà không cần phải xác định nguyên nhân như đối với trạm biến áp truyền thống.
Giảm chi phí bảo dưỡng thiết bị bảo vệ và điều khiển: Các rơ le kỹ thuật số, thiết bị điện tử thông minh có khả năng tự kiểm tra phát hiện những hư hỏng đồng thời cho phép sửa chữa thay thế mà không làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của trạm. Mặt khác, với hàng loạt các phần mềm công nghiệp chuyên dụng được đưa vào sử dụng đã làm giảm đáng kể thời gian dành cho công tác thí nghiệm và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị điều khiển và bảo vệ so với trạm sử dụng các rơ le truyền thống chỉ dùng bán dẫn thông thường. Giảm chi phí lắp đặt trạm: Các tính toán cho thấy rằng với thiết bị mới hiện đại có thể sẽ giảm được các chi phí lắp đặt trạm. Tuy nhiên trong trường hợp này, cần phải tính toán chi tiết để giảm các chi phí lắp đặt hệ thống giám sát điều khiển trạm hiện đại so với hệ thống trạm truyền thống.
Những vấn đề sau đây được coi là những yếu tố góp phần làm giảm phần lớn chi phí: • Giảm chi phí lắp đặt cáp điều khiển và bảo vệ: Việc lắp đặt cáp trong các mương cáp từ các ngăn lộ cho tới phòng điều khiển trong trạm biến áp kiểu truyền thống hiện nay chiếm rất nhiều diện tích xây dựng. Mặt khác cách 12 lắp cáp kiểu này sẽ phải chịu tác động của các yếu tố: Môi trường làm hư hỏng, sự cố cáp hoặc bị nhiễu tín hiệu do hiện tượng cảm ứng. Đến khi có sự cố về cáp đòi hỏi phải có mặt tại hiện trường để tiến hành các các công việc thay thế hoặc sửa chữa. Việc xây dựng hệ thống giám sát điểu khiển trạm hiện đại sẽ không đòi hỏi xây dựng hệ thống mương cáp quá lớn, mà chỉ cần hệ thống mương nhỏ vừa đủ cho việc lắp đặt cáp chuyên dụng cho mục đích trao đổi thông tin liên lạc giữa các thiết bị sơ cấp, tủ điều khiển ngăn lộ tại chỗ hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua một thiết bị trung gian.
Điều này cũng làm giảm đáng kể diện tích trạm biến áp mới so với trước đây. • Giảm chi phí mua thiết bị chuyên dụng cho từng chức năng: Khi xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại sẽ cắt giảm được chi phí nhờ công nghệ mới và tiết kiệm được một khoản kinh phí lớn khi nâng cấp, bảo dưỡng các thiết bị như SCADA, RTU, bộ ghi sự kiện, tủ bảng điều khiển. • Giảm chi phí khi mở rộng trạm biến áp: Đối với các trạm truyền thống, khi có yêu cầu: tăng số lộ xuất tuyến thì cần có sự thay đổi về diện tích để lắp đặt cáp, đặt tủ bảng điện.phục vụ tính năng mới. Trong khi đó, hệ thống giám sát điều khiển trạm hiện đại không cần những thay đổi trên, chúng chỉ cần bổ sung tính năng, thiết kế lại giao diện tại phần mềm của hệ thống.
Để nhìn nhận rõ hơn yếu tố các lợi ích kinh tế trên mang lại, ta xem xét một ví dụ cụ thể khi Công ty Omaha Public Power District(OPPD) thực hiện xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại cho thấy: Chỉ cần đầu tư 27.000 USD để xây dựng cho một trạm biến áp, khoản chi phí này là không đáng kể so với lợi ích thu được. Hơn thế nữa Công ty OPPD còn tiết kiệm rất nhiều các hạng mục đầu tư và chi phí khi mua tủ bảng điện điều khiển và bảo vệ, các rơ le, dây dẫn, giảm kính thước phòng điều khiển. và chi phí nhân công. Kết quả tổng ước tính chi phí giảm khi xây dựng một trạm biến áp phân phối cỡ nhỏ thu được ghi trong bảng 1.2 dưới đây[7] 13 Bảng 1.1 Ước tính giảm chi phí xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại Giờ Đơn Số Đơn Chi phí LV Chi phí Tổng T Mục lục giá lượng vị vật liệu /đơn nhân lực cộng T /đơn vị vị Giảm bớt 1 số tủ bảng 5 Cái $8000 $48000 50 $12000 $60000 điều khiển Giảm bớt 2 số tủ bảng 4 Cái $5000 $20000 50 $8000 $28000 bảo vệ Giảm số 3 2 Cái $3500 $7000 20 $1600 $8600 rơle Giảm số 4 10 Cái $2500 $25000 20 $8000 $33000 rơle các Giảm số 5 660 m $3.1 $24000 $48000 dây Giảm kích thước 7 15 m2 $160 $2400 5 $32000 $34000 phòng điều khiển Giảm 8 1 Cái $18000 $18000 750 $30000 $48000 RTU Giảm số 9 bộ ghi sự 1 Cái $25000 $25000 100 $4000 $29000 cố Giảm số 10 bộ ghi sự 1 Cái $18000 $18000 100 $4000 $22000 kiện Giảm bảng tín 11 2 Cái $3000 $6000 20 $1600 $7600 hiệu chỉ thị Ước tính chi phí $195.2 Kỹ thuật Việc kinh doanh trong thị trường điện đòi hỏi các doanh nghiệp tham gia vào thị trường điện phải có nhiều thông tin hơn, đó là các thông tin cần thiết về nội bộ ngành cũng như các đòi hỏi của khách hàng.
Ví dụ như: dự báo về phụ tải, chỉ số đo đếm kinh doanh và tính toán quản lý năng lượng. Các thông tin được cung cấp một cách tin cậy, chính xác và kịp thời đến các doanh nghiệp tiêu thụ điện năng và các nhà thương mại có nhu cầu. Các doanh nghiệp cần nắm bắt thông tin về hệ thống điện để tính toán giảm các chi phí đầu ra của sản phẩm, tạo cơ hội cạnh tranh trong lĩnh vực mà doanh nghiệp có thế mạnh. Sau đây là các vấn đề kỹ thuật chính đòi hỏi phải nâng cấp tại các trạm biến áp truyền thống hiện nay.1 Yêu cầu dữ liệu Thông tin cơ bản dữ liệu trạm có vai trò chủ yếu trong việc tối ưu hoá quản lý hệ thống điện năng.
Doanh nghiệp sẽ không thể cạnh tranh được nếu không có các thông tin chính xác và kịp thời về toàn bộ hệ thống điện. Dữ liệu truyền từ các trạm biến áp đến các Trung tâm Điều khiển cần phải liên tục. Các chương trình quản lý năng lượng để cung cấp thông tin về lượng điện sẵn sàng cung cấp và đo đếm năng lượng sử dụng các dữ liệu như: tình trạng máy cắt, lấy mẫu thời gian thực của Watts, Volts, Amps… Trên đây là các các dữ liệu cần có trong hệ thống điện hiện đại. Trong tương lai, các tín hiệu giám sát, bảo vệ.
tại các trạm được truyền về Trung tâm điều khiển điện năng.