Luận văn thạc sĩ về hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực, ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Bùi Văn Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Châu Duy
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Và Điều Khiển Trạm Biến Áp 110kV Không Người Trực
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực là một đề tài quan trọng trong bối cảnh hiện đại hóa lưới điện tại Việt Nam. Việc xây dựng các trạm biến áp không người trực không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vận hành mà còn giảm thiểu chi phí nhân lực. Theo báo cáo, Tổng Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh (EVNHCMC) đã triển khai nhiều dự án cải tạo các trạm biến áp hiện hữu thành trạm không người trực. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về điện năng mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quản lý và điều khiển trạm biến áp là xu hướng tất yếu, giúp nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm của con người.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Tính cấp thiết của việc nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực xuất phát từ nhu cầu hiện đại hóa lưới điện. Với sự gia tăng nhanh chóng của các trạm biến áp, việc quản lý và vận hành hiệu quả là rất cần thiết. Việc chuyển đổi từ trạm có người trực sang không người trực không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Theo thống kê, các trạm biến áp không người trực có khả năng giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu suất làm việc. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh lưới điện ngày càng phát triển và yêu cầu về cung cấp điện ngày càng cao.

II. Tổng quan về lưới điện TP Hồ Chí Minh

Lưới điện TP Hồ Chí Minh hiện nay bao gồm nhiều trạm biến áp và đường dây truyền tải với các cấp điện áp khác nhau. Các trạm biến áp 110kV đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho khu vực. Theo báo cáo, lưới điện 110kV tại TP Hồ Chí Minh đang được cải tạo và nâng cấp để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng. Việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trong quản lý và điều khiển lưới điện là rất cần thiết. Hệ thống SCADA được triển khai để giám sát và điều khiển các trạm biến áp, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sự cố. Các trạm biến áp hiện tại đang được đánh giá và so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế để xây dựng bộ tiêu chí cho trạm không người trực.

2.1. Hiện trạng các trạm biến áp 110kV

Hiện trạng các trạm biến áp 110kV tại TP Hồ Chí Minh cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của lưới điện. Các trạm biến áp như Láng Cát, Bình Trị Đông, và Tân Bình 3 đang được cải tạo để chuyển đổi sang mô hình 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. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quản lý và điều khiển các trạm biến áp là xu hướng tất yếu, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm của con người. Các trạm biến áp hiện tại đang được trang bị hệ thống SCADA để giám sát và điều khiển từ xa, đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục.

III. Cải tạo và xây dựng mới các trạm biến áp 110kV

Việc cải tạo và xây dựng mới các trạm biến áp 110kV không người trực là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu này. Các yêu cầu về kiến trúc, thiết bị và hệ thống điều khiển cần được xác định rõ ràng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả. Theo nghiên cứu, các trạm biến áp không người trực cần được trang bị hệ thống bảo vệ, đo lường và thông tin liên lạc hiện đại. Điều này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy mà còn giảm thiểu sự cố trong quá trình vận hành. Hệ thống SCADA sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển các trạm biến áp, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu chi phí vận hành.

3.1. Các yêu cầu chung đối với trạm 110kV không người trực

Các yêu cầu chung đối với trạm 110kV không người trực bao gồm việc đảm bảo an toàn, độ tin cậy và hiệu quả trong vận hành. Trạm cần được thiết kế để có thể hoạt động tự động, giảm thiểu sự can thiệp của con người. Hệ thống điều khiển và giám sát cần được trang bị công nghệ hiện đại, cho phép theo dõi và điều khiển từ xa. Ngoài ra, các thiết bị trong trạm cần được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất cao. Việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế và xây dựng trạm không người trực sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điện.

IV. Ứng dụng thiết kế mới trạm biến áp 110kV Tham Lương không người trực

Trạm biến áp 110kV Tham Lương được thiết kế theo mô hình không người trực, với các giải pháp kiến trúc và kỹ thuật hiện đại. Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu chi phí. Hệ thống SCADA được triển khai để giám sát và điều khiển trạm từ xa, đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục. Theo các chuyên gia, việc thiết kế trạm biến áp không người trực sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu sự cố trong quá trình vận hành. Các giải pháp kỹ thuật được áp dụng trong thiết kế sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của trạm.

4.1. Tổng quan công trình

Tổng quan công trình trạm biến áp 110kV Tham Lương cho thấy sự đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ và thiết kế hiện đại. Trạm được trang bị hệ thống giám sát và điều khiển tự động, giúp nâng cao hiệu quả vận hành. Các thiết bị trong trạm được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất cao. Hệ thống SCADA sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển trạm từ xa, giúp giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy. Việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế và xây dựng trạm không người trực sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điện.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ tự động hóa là xu hướng tất yếu trong quản lý lưới điện. Việc chuyển đổi từ trạm có người trực sang không người trực không chỉ giúp giảm thiểu chi phí mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất trong nghiên cứu sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của các trạm biến áp. Để thực hiện thành công các dự án này, cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan chức năng và các đơn vị liên quan trong việc xây dựng tiêu chuẩn và quy định cho trạm không người trực.

5.1. Kiến nghị

Để thực hiện thành công việc chuyển đổi sang mô hình trạm biến áp không người trực, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị quản lý và các cơ quan chức năng. Cần xây dựng bộ tiêu chí rõ ràng cho trạm không người trực, đồng thời tổ chức các khóa đào tạo cho nhân viên về công nghệ mới. Việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế và xây dựng trạm không người trực sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điện. Ngoài ra, cần có các chính sách hỗ trợ từ nhà nước để khuyến khích các đơn vị đầu tư vào công nghệ tự động hóa trong quản lý lưới điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Việc xây dựng các trạm biến áp (110 kV, 220 kV, 500 kV) không người trực là yêu cầu cần thiết trong quá trình hiện đại hóa, tăng cường khả năng truyền tải và độ an toàn, tin cậy cho hệ thống điện Quốc gia. Tập đoàn Điện lực Việt Nam và một số đơn vị thành viên như Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC), Tổng Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh (EVNHCMC), Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (NPT) nghiên cứu xây dựng các trạm biến áp truyền tải, trạm biến áp phân phối không người trực là yêu cầu cần thiết trong quá trình hiện đại hóa. Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa, nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện thuộc Tổng Công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh quản lý, EVNHCMC đã và đang triển khai thí điểm cải tạo một số trạm biến áp 110kV vận hành có người trực thành trạm biến áp vận hành ít người trực hoặc không người trực như:  Trạm biến áp 110kV Láng Cát;  Trạm biến áp 110kV Bình Trị Đông;  Trạm biến áp 110kV Tân Bình 3;  Trạm biến áp 110kV Tân Sơn Nhất;  Trạm biến áp 110kV Tân Quy;  Trạm biến áp 110kV Phú Mỹ Hưng A;  Trạm biến áp 110kV Đa Kao. Tính cấp thiết của đề tài Để đưa vào vận hành các trạm biến áp ở chế độ không người trực vận hành cần xây dựng bộ tiêu chí trạm biến áp 110kV không người trực vận hành cho các trạm xây dựng mới, cũng như phương án cải tạo các trạm hiện hữu để tiến tới thực hiện trạm không người trực vận hành.

Với quy mô lưới điện 110kV, 220kV ngày càng phát triển, việc quản lý vận hành lưới điện theo phương pháp hiện nay sẽ cần rất nhiều nhân lực để vận hành lưới điện. Để giảm chi phí vận hành và để tăng cường độ ổn định lưới điện, cần thiết phải thực hiện từng bước tự động hóa trong công tác vận hành các trạm biến áp 110kV trên địa bàn Tổng Công ty Điện lực TPHCM (EVNHCMC) quản lý nói riêng và trên cả nước nói chung. Nhiệm vụ của luận văn Nghiên cứu đề xuất giải pháp xây dựng mới trạm biến áp không người trực vận hành, cải tạo nâng cấp trạm 110kV hiện hữu đáp ứng được yêu cầu vận hành không người trực. Qua đó từng bước tiến đến trạm không người trực đúng theo tiêu chí của Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) và chiến lược phát triển lưới điện của Tổng Công Ty Điện Lực Thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC) trong giai đoạn hiện nay.

Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu cần bám sát và nhằm đạt được các mục tiêu nghiên cứu:  Nghiên cứu các thiết bị trong trạm biến áp.  Nghiên cứu về hệ thống thông tin liên lạc, SCADA.  Nghiên cứu về hệ thống thu thập dự liệu trung tâm.  Nghiên cứu hệ thống an ninh bảo vệ, camera.

 Nghiên cứu về hệ thống PCCC tự động. Phƣơng pháp nghiên cứu Để giải quyết những vấn đề được đề cập đến trong đề tài, tác giả luận văn đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:  Nghiên cứu tổng quan về lưới điện TP Hồ Chí Minh, hiện trạng các trạm biến áp 110kV đang vận hành, hệ thống SCADA trung tâm, … trên lưới điện khu vực TPHCM.  Đề xuất giải pháp và việc ứng dụng công nghệ để xây dựng tiêu chí trạm biến áp không người trực vận hành, đáp ứng bài toán tối ưu hóa cho hệ thống điện.  Phân tích tính kinh tế - tài chính, đánh giá các phương án, đề xuất giải pháp tối ưu khi áp dụng tiêu chí trạm biến áp ít người trực hoặc không người trực vận hành.

 Ứng dụng thiết kế mới trạm biến áp 110kV Tham Lương không người trực vận hành.  Đề xuất giải pháp cải tạo các trạm biến áp hiện hữu đáp ứng yêu cầu trạm biến áp không người trực vận hành. 3 CHƢƠNG 2 - LƢỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HÔ CH1 MINH 2. Tổng quan về lƣới điện khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 2.

Về nguồn điện Nhà máy điện trên địa bàn TPHCM:  Nhiệt điện Thủ Đức, thuộc EVN công suất đặt 157MW (2x62+lx33)MW, công suất khả dụng 153MW, sử dụng dầu FO. Tua bin khí Thủ Đức, thuộc EVN, công suất đặt 104.5)MW, công suất khả dụng 94MW, sử dụng dầu DO, nhà máy phát lên thanh cái 110kV trạm 220kV Thủ Đức, trong các chế độ vận hành bình thường của hệ thống các nhà máy này không được huy động do giá thành cao.  Nhà máy điện Hiệp Phước, thuộc Công ty Điện lực Hiệp Phước với công suất 375MW (3x125)MW - 15/110kV, sử dụng dầu FO. Hiện tại NMĐ phát điện phần lớn bán cho EVN, phần còn lại bán điện trực tiếp cho KCX.Tân Thuận, KCN.Hiệp Phước và khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng.

Danh mục các nguồn điện cấp cho địa bàn TP. Hồ Chí Minh được trình bày cụ thể trong bảng sau: Bảng 2. Danh sách các nhà máy điện cung cấp cho khu vực TPHCM STT Nhà máy điện Công suất đặt (MW) Nhiên liệu 1 Nhiệt điện dầu Thủ Đức 157.00 FO 2 Gasturbin Thủ Đức 104.50 DO 3 Hiệp Phước 375.00 Khí 4 Thủy điện Trị An 400.00 Nước 5 Phú Mỹ 4,166.20 Khí 6 Nhơn Trạch 1 450.00 Khí 7 Nhơn Trạch 2 750. Về lƣới điện Lưới điện truyền tải cấp điện cho khu vực TPHCM bao gồm các trạm biến áp và đường dây ở cấp điện áp 500 kV, 220 kV, 110kV, hệ thống lưới trung thế 22kV.

Lƣới điện 500kV  Các ĐD 500kV cấp điện cho TPHCM được bố trí liên kết mạch vòng xung quang thành phố từ Phú Mỹ - Sông Mây – Tân Định – Cầu Bông – Phú Lâm – Nhà Bè – 4 Phú Mỹ. Đây là mạch vòng ngoài cấp điện quan trọng cho TPHCM và khu vực phụ cận, các đường dây này thuộc quản lý của Công ty Truyền tải Điện 4. Khối lượng đường dây 500kV hiện hữu cấp điện cho TPHCM vào khoảng 1582km đường dây (quy về 1 mạch) cụ thể như sau: Bảng 2. Khối lượng đường dây 500kV hiện hữu cấp điện cho TPHCM Dây dẫn Số mạch x chiều dài TT Tên ĐD 500kV tƣơng đƣơng (km) 1 ĐăkNông - Cầu Bông 4xACSR330 1 x 178 2 Phú Lâm – Cầu Bông 4xACSR330 1 x 49.1 3 Tân Định - Sông Mâ y 4xACSR330 2 x 41 4 Sông Mây - Phú Mỹ 4xACSR330 2 x 65.9 5 Nhà Bè – Phú Mỹ 4xACSR330 2 x 42.6 6 Nhà Bè - Phú Lâm 4xACSR330 1 x 16.4 7 Nhà Bè-Mỹ Tho 4x ACSR 666MCM 1 x 152.8 8 Vĩnh Tân-Sông Mây 4xACSR 795MCM 2 x 162,2 9 Phú Lâm- Mỹ Tho 4x ACSR 666MCM 1 x 52.4 10 Pleiku- C ầu Bông 4xACSR330 2 x 417 - Các trạm 500kV cấp điện chính cho khu vực TPHCM bao gồm 6 trạm 500kV do Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý như sau: Bảng 2.

Khối lượng TBA 500kV hiện hữu cấp điện cho TPHCM STT Số máy x công suất Tổng công suất Tên TBA 500kV đặt (MVA) đặt 1 Phú Lâm 2 x 900 1,800 2 Nhà Bè 2 x 600 1,200 3 Tân Định 2 x 450 900 1 x 600 600 4 Sông Mây 2 x 600 1,200 5 Cầu Bông 1 x 900 900 6 Phú Mỹ 1 x 450 450 Tổng 7,050 2. Lƣới điện 220kV 5  Nguồn 220kV khu vực TPHCM nhận điện từ 05 trạm 500/220kV Phú Lâm, trạm 500/220kV Nhà Bè, trạm 500/220kV Tân Định, Trạm 500/220kV Cầu Bông, trạm 500/220kV Sông Mây và trực tiếp từ các nhà máy điện Phú Mỹ và Nhơn Trạch qua các đường dây 220kV Phú Mỹ – Cát Lái , Nhơn Trạch – Cát Lái, Phú Mỹ – Long Thành – Long Bình.  Các đường dây 220kV có tổng công suất truyền tải ước khoảng 10.500MVA, đáp ứng đủ và dự phòng cho phụ tải khu vực TPHCM (10.500MVA so với 3. Đường dây 220kV do Tổng công ty Điện lực TPHCM quản lý gồm 6,33 km đường dây trên không và 0,59 km cáp ngầm.

Khối lượng đường dây 220kV hiện hữu cấp điện cho TPHCM Số mạch x TT Tên đƣờng dây 220kV Dây dẫn tƣơng đƣơng chiều dài (km) 1 Bình Hòa-Hóc Môn ACKP400 1 x 17.9 2 Thuận An-Hóc Môn ACKP400 1 x 10.8 3 Phú Lâm -Bình Tân ACSR411.758 4 Bình Tân-Hóc Môn ACSR411.542 ACKP300 1 x 13 5 Phú Lâm -Vĩnh Lộc ACKP300 1 x 6 6 Thủ Đức-Hóc Môn TACSR411.6 7 Thủ Đức-Hiệp Bình Phước TACSR411.5 8 Hiệp Bình Phước-Hóc Môn TACSR411.1 9 Thủ Đức-Cát Lái 2xACSR330 2 x 8.9 10 Phú Lâm -Long An( Mạch 1) ACSR795MCM 1 x 28.033 11 Phú Lâm -Long An( Mạch 2) ACSR795MCM 1 x 28.345 12 Phú Lâm -Bình Chánh 2xACSR666.071 13 Nhà Bè-Tao Đàn 2xACSR795 2 x 3.3 14 Nhơn Trạch – Nhà Bè 2xACSR 666.84 15 Nhơn Trạch-Cát Lái 2xACSR 666.5 16 Nhà Bè-Bình Chánh 2xACSR 666.546  Hiện tại TPHCM được nhận điện từ 13 TBA 220kV trong khu vực, trong đó Tổng Công ty Điện lực TPHCM quản lý 5 trạm và Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý 8 trạm với tổng dung lượng 7000MVA. Các TBA 220kV khu vực TPHCM đóng vai 6 trò cung cấp trực tiếp cho phụ tải 110kV, là các điểm nút tiếp nhận công suất trực tiếp từ lưới điện truyền tải cấp điện cho thành phố. Khối lượng TBA 220kV hiện hữu cấp điện cho TPHCM Số máy x công suất Tổng STT Tên TBA 220kV Ghi chú đặt (MVA) công suất đặt 1 Phú Lâm 3 x 250 750 2 Bình Tân 2 x 250 500 EVNHCM 3 Nhà Bè 2 x 250 500 4 Tao Đàn 2 x 250 500 5 Cát Lái 2 x 250 500 6 Thủ Đức 3 x 250 750 7 Hiệp Bình Phước 2 x 250 500 EVNHCM 8 Hóc Môn 3 x 250 750 9 Vĩnh Lộc 1 x 250 250 EVNHCM 10 Bình Chánh (Nam Sài 2 x 250 500 Gòn) 11 Cầu Bông 2 x 250 500 12 Củ Chi 2 x 250 500 EVNHCM 13 Công nghệ cao 2 x 250 500 EVNHCM Tổng 7000 2. Lƣới điện 110kV  Tổng quy mô đường dây 110kV hiện hữu khu vực TPHCM khoảng 480km (quy về 1 mạch), trong đó phần lớn được sử dụng dây dẫn từ 240mm2 trở lên, một số đường dây có tiết diện lớn tương đương 400mm2, cáp ngầm 1200mm2.

Tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số đường dây sử dụng dây có tiết diện nhỏ từ 185mm2 trở xuống, tồn tại nhiều điểm rẽ T không linh hoạt trong quản lý vận hành. Các đường dây 110kV do EVNHCMC quản lý bao gồm 80 đường dây/nhánh rẽ, có tổng chiều dài là 634,43 km; trong đó có 33,51 km cáp ngầm 110kV. Tổng công suất truyền tải của các đường dây 110kV ước khoảng 7.400MVA (tương đương 7.