Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt Để Xác Định Vị Trí Sự Cố Tại Điện Lực Quy Nhơn

Nghiên cứu hệ thống giám sát và xử lý sự cố nhanh chóng trên lưới điện là yêu cầu cấp thiết đối với Điện lực Quy Nhơn. 95 trang · Trường Đại Học Quy Nhơn.

• Tác giả: Nguyễn Văn Quyền
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Đức Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt Tại Điện Lực Quy Nhơn
• Loại tài liệu: luận văn
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT HIỆN HÀNH VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC ĐIỆN LỰC QUY NHƠN QUẢN LÝ
• 1.1. Tổng quan về Điện lực Quy Nhơn
• 1.2. Giới thiệu chủng loại các TBĐC hiện hành trên lưới điện
• 1.2.1. Recloser – máy cắt tự đóng lại
• 1.2.2. LBS (Load Break Switch) – máy cắt phụ tải
• 1.3. Phương thức vận hành cơ bản của lưới điện thuộc ĐLQN quản lý vận hành
• 1.4. Thiết bị đóng cắt trên lưới
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT NỐI SCADA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN
• 2.1. Giới thiệu hệ thống miniSCADA
• 2.1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA LĐPP
• 2.1.2. Các bộ phận chính của hệ thống SCADA LĐPP
• 2.1.3. Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu trong hệ thống SCADA
• 2.2. Giới thiệu sơ lược về phần mềm mô phỏng Recloser/LBS-C
• 2.2.1. Tính năng mô phỏng tủ điều khiển Recloser
• 2.2.2. Ghi nhận nhật ký vận hành của recloser NOJA (Close Open (CO) Operations)
• 2.3. Giới thiệu phần mềm SmartHMI Studio – xây dựng hệ thống hiển thị TBĐC trên lưới
• 2.3.1. Chức năng & Đặc tính tiêu biểu
• 2.3.2. Vẽ sơ đồ lưới điện toàn bộ khu vực ĐLQN quản lý vận hành
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH SỰ CỐ, PHÁN ĐOÁN VÀ KHOANH VÙNG KHU VỰC XẢY RA SỰ CỐ BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
• 3.1. Tính toán ngắn mạch đường dây trung thế
• 3.1.1. Khái niệm ngắn mạch
• 3.1.2. Nguyên nhân và hậu quả ngắn mạch
• 3.1.3. Tính toán ngắn mạch trong HTĐ
• 3.2. Phán đoán vị trí sự cố
• 3.3. Một số trường hợp thực tế đã ứng dụng tại Điện lực Quy Nhơn
• 3.4. Ưu và nhược điểm của phần mềm
• 3.5. Định hướng phát triển của luận văn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Phụ lục 1: Sơ đồ nguyên lý các xuất tuyến 22kV thuộc Điện lực Quy Nhơn quản lý

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt

Nghiên cứu hệ thống giám sát và xử lý sự cố nhanh chóng trên lưới điện là yêu cầu cấp thiết đối với Điện lực Quy Nhơn. Mục tiêu là giảm thiểu thời gian mất điện và bán kính ảnh hưởng do sự cố. Quá trình xử lý sự cố hiện tại còn nhiều trở ngại do thiếu thông tin kịp thời từ Điều độ Công ty Điện lực Bình Định. Điều này dẫn đến việc phán đoán và xử lý sự cố chưa thực sự hiệu quả, gây tốn thời gian dò tìm và khoanh vùng. Giải pháp cần thiết là chia sẻ thông tin, giám sát thiết bị đóng cắt để phán đoán, khoanh vùng sự cố, xử lý kịp thời, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đề tài tập trung vào nghiên cứu các giao thức truyền, dẫn và nhận dữ liệu thông số vận hành của các thiết bị đóng cắt thông qua hệ thống mạng truyền thông SCADA.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Điện Lực Quy Nhơn

Mục tiêu chính của luận văn là giám sát dữ liệu thông số vận hành của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện Điện lực Quy Nhơn hiện hành. Xây dựng hệ thống mạng truyền thông SCADA để thu thập và phân tích dữ liệu. Ứng dụng hệ thống này góp phần giảm thời gian xử lý sự cố, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, nâng cao chất lượng điện năng và năng suất lao động. Nghiên cứu này hướng đến việc tối ưu hóa vận hành thiết bị điện và giảm thiểu sự cố điện.

1.2. Phạm Vi Nghiên Cứu Hệ Thống Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cách truyền, dẫn, nhận dữ liệu từ các thiết bị đóng cắt có kết nối xa qua hệ thống mạng truyền thông SCADA thuộc quyền quản lý của Điện lực Quy Nhơn. Nghiên cứu hợp thức hóa và phối hợp với đơn vị Điều độ tỉnh để xây dựng hệ thống giám sát thiết bị đóng cắt từ xa tại Điện lực Quy Nhơn. Phương pháp nghiên cứu bao gồm tìm hiểu các loại thiết bị đóng cắt, giao thức truyền thông SCADA, và cách kết nối xa của các thiết bị đóng cắt.

II. Thách Thức Vận Hành Lưới Điện và Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt

Với số lượng lớn trạm biến áp và đường dây đang quản lý, việc vận hành hiệu quả lưới điện tại thành phố Quy Nhơn là một thách thức lớn. Công tác quản lý và vận hành lưới điện phân phối gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi nhân lực quản lý vận hành tăng lên. Việc giám sát hoạt động của lưới trở nên phức tạp nếu không có sự hỗ trợ của các hệ thống và thiết bị công nghệ tự động, đo lường, giám sát và điều khiển từ xa. Do đó, cần có giải pháp phù hợp để quản lý lưới điện một cách hiệu quả, đảm bảo an toàn điện và hiệu suất thiết bị.

2.1. Hiện Trạng Lắp Đặt Thiết Bị Đóng Cắt tại Điện Lực Quy Nhơn

Điện lực Quy Nhơn hiện đang quản lý và vận hành một số lượng lớn thiết bị đóng cắt, bao gồm Recloser, Dao cắt có tải LBS-C và LBS-O, và tủ RMU. Hơn 2/3 số thiết bị này có kết nối SCADA, và một số tủ RMU có khả năng điều khiển từ xa. Đây là một lợi thế để phát triển hệ thống miniSCADA giám sát hoạt động lưới điện, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu bán kính mất điện, thời gian phán đoán và xử lý sự cố, cải thiện chất lượng điện năng, và giảm giá thành bán điện.

2.2. Giám Sát Từ Xa và Phân Quyền Vận Hành Thiết Bị Đóng Cắt

Hệ thống miniSCADA cho phép giám sát và điều khiển từ xa, hỗ trợ vận hành lưới điện phân phối linh hoạt và chính xác. Tuy nhiên, mọi thao tác đóng cắt thiết bị trên lưới phải thông qua Phòng Điều độ Công ty Điện lực Bình Định. Do đó, đề tài này tập trung vào xây dựng hệ thống miniSCADA giám sát và theo dõi thông số vận hành lưới điện trung áp khu vực thành phố Quy Nhơn thông qua số liệu dòng, áp theo thời gian thực được cập nhật từ các Recloser, LBS-C có kết nối SCADA từ xa.

III. Phương Pháp Phân Tích Dữ Liệu Giám Sát Thiết Bị Đóng Cắt

Việc phân tích dữ liệu dựa trên hai phần mềm mô phỏng chính. Phần mềm SmartHMI Studio được sử dụng để thể hiện kết cấu lưới, hiển thị vị trí và tình trạng vận hành của các thiết bị đóng cắt trên lưới, cũng như nhận tín hiệu thông số vận hành. Phần mềm mô phỏng Recloser được sử dụng để mô phỏng, tính toán và phán đoán điểm ngắn mạch. Các công cụ này hỗ trợ việc phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định vận hành thiết bị điện một cách chính xác và hiệu quả.

3.1. Sử Dụng SmartHMI Studio để Hiển Thị và Giám Sát Lưới Điện

SmartHMI Studio cho phép xây dựng giao diện trực quan, hiển thị sơ đồ lưới điện, vị trí các thiết bị đóng cắt, và trạng thái hoạt động của chúng (đóng/cắt). Phần mềm này cũng có khả năng nhận và hiển thị các thông số vận hành như dòng điện, điện áp, công suất, giúp người vận hành có cái nhìn tổng quan về tình hình lưới điện. Việc giám sát online trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

3.2. Mô Phỏng và Phán Đoán Ngắn Mạch Bằng Phần Mềm Recloser

Phần mềm mô phỏng Recloser cho phép tính toán và phán đoán vị trí ngắn mạch trên lưới điện. Dựa trên các thông số vận hành và trạng thái của các thiết bị đóng cắt, phần mềm có thể xác định khu vực xảy ra sự cố, giúp người vận hành khoanh vùng và xử lý sự cố một cách nhanh chóng. Phân tích dự đoán cũng có thể được thực hiện để bảo trì phòng ngừa.

IV. Các Thiết Bị Đóng Cắt Hiện Hành và Vận Hành Lưới Điện

Để đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, linh hoạt và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, lưới điện phân phối sử dụng nhiều thiết bị bảo vệ tự động. Các thiết bị này có chức năng đóng cắt không tải, đóng cắt dòng điện liên tục ổn định và đóng cắt dòng ngắn mạch. Các thiết bị điển hình bao gồm máy cắt/rơle và máy cắt tự đóng lại (Recloser). Recloser là thiết bị tự điều khiển, cảm nhận hiện tượng quá dòng và tự cắt mạch khi có sự cố. Nó tự động đóng lặp lại để khôi phục cung cấp điện khi sự cố thoáng qua.

4.1. Recloser Máy Cắt Tự Đóng Lại và Ứng Dụng Thực Tế

Recloser tự động đóng lặp lại để khôi phục cung cấp điện khi sự cố thuộc loại thoáng qua. Nếu sự cố vẫn còn, Recloser sẽ khóa mạch cô lập phần đường dây bị sự cố. Một số Recloser có thể trang bị cảm biến điện áp để cô lập hoặc đóng cắt khi có vận hành bất thường. Thời gian hoạt động đóng lặp lại có thể nhanh hoặc chậm, phối hợp với các thiết bị đóng cắt khác. Trình tự và số lần tác động đóng lặp lại tùy theo nhà chế tạo, thường từ 1 đến 4 lần.

4.2. LBS Load Break Switch Máy Cắt Phụ Tải và Chức Năng

Máy cắt là thiết bị cơ khí có khả năng truyền dẫn và ngắt dòng điện ở chế độ bình thường và sự cố. Máy cắt có thể được đóng cắt bằng tay, từ rơle hoặc bộ điều khiển điện tử. Máy cắt được phân loại theo môi trường cắt (dầu, chân không, khí SF6) và khả năng tích trữ năng lượng. Máy cắt chân không và SF6 có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong lưới điện phân phối.

V. Kết Nối SCADA và Phần Mềm Hỗ Trợ Mô Phỏng Tính Toán

Nhiều LBS-C hiện nay đã trang bị modem và mạch điều khiển có khả năng kết nối thông qua mạng truyền dẫn SCADA, giúp Điều độ viên dễ dàng giao tiếp và thao tác từ xa. Bên cạnh đó, nhiều LBS-C còn có tính năng đo đếm dòng, áp tức thời, giúp phân bố công suất giữa các xuất tuyến thuận tiện. Việc kết nối SCADA giúp tự động hóa lưới điện và nâng cao hiệu quả kinh tế.

5.1. Giới Thiệu Hệ Thống MiniSCADA và Tổng Quan SCADA LĐPP

Hệ thống miniSCADA là một phiên bản thu nhỏ của hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), được thiết kế để giám sát và điều khiển các thiết bị trong một khu vực nhỏ hơn, chẳng hạn như một khu vực của lưới điện phân phối. Hệ thống SCADA LĐPP (Lưới Điện Phân Phối) bao gồm các bộ phận chính như các thiết bị đo lường và điều khiển, hệ thống truyền thông, và trung tâm điều khiển.

5.2. Phần Mềm SmartHMI Studio Xây Dựng Hệ Thống Hiển Thị TBĐC

SmartHMI Studio là một phần mềm được sử dụng để xây dựng hệ thống hiển thị cho các thiết bị đóng cắt trên lưới điện. Phần mềm này cho phép vẽ sơ đồ lưới điện toàn bộ khu vực Điện lực Quy Nhơn quản lý vận hành thiết bị điện, gán các thông số cho các thiết bị, và hiển thị trạng thái hoạt động của chúng. Chức năng và đặc tính tiêu biểu của SmartHMI Studio bao gồm khả năng kết nối với các hệ thống SCADA, hiển thị dữ liệu thời gian thực, và tạo các cảnh báo khi có sự cố.

VI. Đánh Giá Thông Số Vận Hành và Khoanh Vùng Sự Cố

Việc đánh giá các thông số vận hành sự cố, phán đoán và khoanh vùng khu vực xảy ra sự cố là rất quan trọng để giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Phần mềm mô phỏng giúp tính toán ngắn mạch đường dây trung thế, phán đoán vị trí sự cố và đưa ra các giải pháp xử lý. Việc phân tích dữ liệu và cảnh báo sự cố giúp người vận hành đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác.

6.1. Tính Toán Ngắn Mạch Đường Dây Trung Thế và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng

Ngắn mạch là một hiện tượng xảy ra khi có sự tiếp xúc trực tiếp giữa các pha hoặc giữa pha và đất. Nguyên nhân ngắn mạch có thể do nhiều yếu tố như hỏng cách điện, sét đánh, hoặc va chạm. Hậu quả của ngắn mạch có thể rất nghiêm trọng, gây ra hư hỏng thiết bị, mất điện, và thậm chí là cháy nổ. Việc tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện là rất quan trọng để lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp.

6.2. Phán Đoán Vị Trí Sự Cố và Ứng Dụng Thực Tế tại Điện Lực Quy Nhơn

Phần mềm mô phỏng giúp phán đoán vị trí sự cố dựa trên các thông số vận hành và trạng thái của các thiết bị đóng cắt. Một số trường hợp thực tế đã được ứng dụng tại Điện lực Quy Nhơn cho thấy hiệu quả của phần mềm trong việc giảm thiểu thời gian tìm kiếm và xử lý sự cố. Tuy nhiên, phần mềm cũng có những ưu và nhược điểm cần được xem xét.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối khu vực thành phố Quy Nhơn hiện đang quản lý khối lượng tài sản kỹ thuật lớn gồm 202 km đường dây trung thế 22kV, 315 km đường dây hạ thế 0,4kV cùng 832 trạm biến áp, bao gồm 375 trạm công cộng và 457 trạm chuyên dùng. Hệ thống nguồn được cấp điện trực tiếp từ 4 trạm biến áp 110kV gồm Quy Nhơn 1 (E21), Quy Nhơn 2 (E20), Nhơn Hội và Sông Cầu 1, chuẩn bị bổ sung thêm 2 trạm 110kV Đống Đa và Cảng để phục vụ nhu cầu phụ tải của khoảng 71.500 khách hàng trên địa bàn thành phố và các xã đảo lân cận như Nhơn Châu, Nhơn Lý, Nhơn Hải.

Thực tế vận hành cho thấy các sự cố ngắn mạch và sự cố thoáng qua trên lưới trung áp diễn ra với tần suất cao. Mặc dù quy mô từng điểm sự cố không quá lớn nhưng công tác dò tìm, khoanh vùng thủ công gây mất nhiều thời gian, làm gián đoạn cung cấp điện trên diện rộng và gia tăng áp lực lên chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện. Nguyên nhân chính bắt nguồn từ việc Tổ trực điện và thao tác tại đơn vị thiếu công cụ giám sát trực tiếp, phụ thuộc hoàn toàn vào thông tin truyền đạt gián tiếp từ Phòng Điều độ Công ty Điện lực Bình Định.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng hệ thống miniSCADA tích hợp giám sát tập trung các thông số vận hành thời gian thực từ 24 bộ máy cắt tự đóng lại Recloser, 79 dao cắt phụ tải có tải LBS và 43 tủ RMU trên lưới điện trung áp. Đề tài tập trung giải quyết bài toán thu thập thông số dòng điện, điện áp và công suất để phán đoán chính xác điểm sự cố trong phạm vi quản lý của Điện lực Quy Nhơn. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa kinh tế kỹ thuật sâu sắc, giúp giảm bán kính mất điện, rút ngắn thời gian xử lý sự cố từ hàng giờ xuống dưới 15 phút, cải thiện rõ rệt các chỉ số SAIDI, SAIFI và nâng cao năng suất lao động cho toàn đơn vị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính toán dòng ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện ba pha trung áp 22kV để xác định vị trí sự cố đường dây. Cơ sở tính toán dựa trên phương pháp thành phần đối xứng nhằm phân tích các dạng sự cố phổ biến như ngắn mạch một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha và ngắn mạch ba pha. Giá trị tổng trở đường dây được xác định chi tiết dựa trên thông số điện trở và điện kháng đơn vị trên 1 km chiều dài của từng chủng loại dây dẫn thực tế, ví dụ như cáp ngầm XLPE 150 mm2 có điện trở 0,211 ôm/km và điện kháng 0,36 ôm/km, hay dây nhôm trần lõi thép AC 240 mm2 có điện trở 0,146 ôm/km và điện kháng 0,36 ôm/km.

Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng lý thuyết điều khiển tự động và thu thập dữ liệu phân tán miniSCADA theo các tiêu chuẩn truyền thông quốc tế IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104 và Modbus. Mô hình nghiên cứu làm rõ các khái niệm kỹ thuật chuyên ngành then chốt bao gồm máy cắt tự đóng lại Recloser với chu trình tác động Close-Open, thiết bị phân đoạn có tải LBS-C tích hợp modem đo xa, giá trị dòng điện sự cố tức thời Last Current ghi nhận tại rơ le bảo vệ, cùng phương thức vận hành mạch vòng kín nhưng vận hành hở linh hoạt N-1 nhằm đảm bảo khả năng chuyển tải nhanh chóng giữa các xuất tuyến liên kết.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp khảo sát toàn thể trên cỡ mẫu gồm toàn bộ 24 bộ Recloser, 79 bộ LBS và 43 tủ RMU phân bố trên 10 xuất tuyến 22kV trọng điểm như xuất tuyến 471, 472, 473, 474, 481, 482 trạm Quy Nhơn 2. Phương pháp chọn mẫu toàn diện được áp dụng vì mọi điểm đóng cắt trên lưới trung áp đô thị đều đóng vai trò mắt xích phân đoạn quan trọng trong việc bảo vệ chọn lọc và cô lập sự cố.

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được trích xuất trực tiếp từ nhật ký vận hành Sequence of Events và Event Log của các tủ điều khiển số Form 6 Cooper, NOJA và Nulec, kết hợp cùng hệ thống thu thập dữ liệu đo xa MDMS. Kênh truyền dữ liệu hiện trường sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 ghép nối modem PSTN tốc độ truyền từ 300 đến 33.600 bit/giây và mạng viễn thông GPRS.

Lý do lựa chọn phần mềm SmartHMI Studio kết hợp phần mềm mô phỏng tính toán Recloser là vì giải pháp này có khả năng số hóa trực quan sơ đồ nguyên lý đơn tuyến, xử lý dữ liệu thời gian thực mượt mà và chuyển đổi linh hoạt giữa các giao thức truyền thông mà không đòi hỏi chi phí đầu tư phần cứng đắt đỏ. Toàn bộ chuỗi số liệu được thu thập và kiểm chứng thực tế trong suốt năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã xây dựng thành công hệ thống giám sát miniSCADA kết nối đồng bộ 100% dữ liệu đo xa từ 24 Recloser và hơn 66% thiết bị LBS-C hiện hữu về máy chủ đặt tại Tổ trực điện và thao tác. Nhân viên vận hành có thể theo dõi trực tiếp dòng điện, điện áp ba pha và công suất P, Q liên tục 24/7 với độ trễ truyền dẫn tín hiệu chỉ tính bằng mili-giây.

Hệ thống rút ngắn thời gian phát hiện và khoanh vùng sự cố trung bình từ 45 - 60 phút xuống còn 10 - 15 phút, giảm hơn 70% thời gian xử lý so với phương pháp kiểm tra thủ công truyền thống. Điểm sự cố được định vị chuẩn xác đến từng khoảng cột nhờ thuật toán đối soát giá trị dòng ngắn mạch Last Current với cơ sở dữ liệu trở kháng đường dây đã lập trình sẵn.

Hiệu quả tính toán được kiểm chứng cụ thể qua sự cố thực tế ngày 28/08/2020 tại máy cắt xuất tuyến 473 trạm Nhơn Hội (473/NHO). Khi máy cắt nhảy sự cố F79 không thành công, hệ thống ghi nhận dòng sự cố và tính toán phân đoạn xảy ra ngắn mạch tại nhánh rẽ C94/65. Kết quả kiểm tra hiện trường phát hiện chính xác điểm phóng sứ vỡ cách điện và đứt dây tại vị trí cột C94/65 với độ sai lệch dòng tính toán dưới 5%.

Trong tháng 08/2020, việc áp dụng hệ thống giám sát đã đóng góp trực tiếp vào việc hoàn thành vượt mức các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của Điện lực Quy Nhơn, kéo giảm đáng kể số lần mất điện thoáng qua MAIFI và giảm chỉ số thời gian mất điện trung bình SAIDI trên toàn thành phố.

Thảo luận kết quả

Khả năng định vị sự cố chính xác đạt được là nhờ sự kết hợp chặt chẽ giữa việc trích xuất tức thời thông số dòng Last Current từ tủ rơ le và mô hình tính toán ngắn mạch đa phân đoạn trên SmartHMI Studio. Khi xảy ra sự cố, phần mềm tự động đối chiếu dòng điện ngắn mạch ghi nhận được với cơ sở dữ liệu trở kháng của từng phân đoạn đường dây.

Dữ liệu vận hành được hiển thị trực quan thông qua bảng tính chi tiết các thông số trở kháng r0, x0 của từng loại dây dẫn và biểu đồ phân bố dòng ngắn mạch theo chiều dài xuất tuyến. Đồng thời, trạng thái đóng cắt của các thiết bị được biểu diễn sinh động trên sơ đồ không gian đơn tuyến, đổi màu cảnh báo tức thì khi xuất hiện hiện tượng quá dòng hoặc mất kết nối truyền thông.

So với các giải pháp quản lý phân tán trước đây vốn đòi hỏi công nhân phải đi tuần tra dọc tuyến hàng chục cây số đường dây, việc giám sát tập trung tại chỗ giúp tối ưu hóa việc phân chia phụ tải theo phương thức N-1. Các phân đoạn không bị sự cố được khôi phục cấp điện nhanh chóng qua các liên kết vòng như phân đoạn Vĩnh Sơn, Suối Trầu hay Hồ Le, đảm bảo an toàn cấp điện liên tục cho hơn 71.500 khách hàng trong khu vực.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tiến hành số hóa và tích hợp SCADA cho 100% các thiết bị đóng cắt còn lại trên lưới. Phòng Kế hoạch Kỹ thuật Điện lực Quy Nhơn cần chủ trì phối hợp với Đội quản lý vận hành lắp đặt bổ sung modem truyền thông và cơ cấu đóng cắt điều khiển từ xa cho toàn bộ 25 bộ dao cắt LBS-O và 38 tủ RMU còn lại, hướng tới mục tiêu hoàn thành phủ kín tự động hóa lưới phân phối trong thời gian 12 tháng.

Thứ hai, triển khai lắp đặt hệ thống cảnh báo sự cố thông minh SFRI tại các nhánh rẽ xung yếu. Đơn vị cần trang bị thí điểm 20 bộ cảnh báo SFRI có khả năng phát tín hiệu đèn LED tại chỗ và gửi tin nhắn SMS cảnh báo tự động về máy chủ cho các nhánh rẽ đường dây dài có địa hình phức tạp như nhánh rẽ Nhơn Lý và xã đảo Nhơn Châu, thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng nhằm rút ngắn thêm 30% thời gian xác định nhánh rẽ chạm đất.

Thứ ba, nâng cấp hạ tầng mạng truyền thông viễn thông chuyên dụng. Điện lực Quy Nhơn cần kiến nghị Công ty Điện lực Bình Định đầu tư chuyển đổi toàn diện phương thức truyền tin từ modem PSTN analog sang hệ thống cáp quang luồng STM-1 tốc độ 2 Mbit/s kết hợp đường truyền vô tuyến số và mạng di động 4G/5G chuyên dùng. Đội Viễn thông và Công nghệ thông tin chịu trách nhiệm triển khai trong 2 quý tới nhằm đưa độ trễ truyền dữ liệu về dưới 1 giây.

Thứ tư, hoàn thiện cơ chế phân quyền điều khiển đóng cắt từ xa trong xử lý sự cố. Đơn vị cần đề xuất Ban Giám đốc Công ty Điện lực Bình Định phê duyệt quy trình cho phép Tổ trực điện và thao tác T21 được quyền chủ động thao tác đóng cắt các phân đoạn LBS-C và Recloser trên lưới sau khi đã cô lập điểm sự cố, giúp giảm thời gian tái lập cấp điện cho các vùng không bị ảnh hưởng xuống dưới 5 phút, lộ trình thực hiện hoàn tất trong 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư điều độ và nhân viên vận hành tại các đơn vị điện lực quận, huyện: Luận văn cung cấp giải pháp thực tiễn về việc tự xây dựng hệ thống miniSCADA chi phí thấp, tối ưu hóa công tác giám sát dòng áp thời gian thực và xử lý nhanh sự cố phân đoạn mạch vòng N-1.

Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các Công ty Điện lực trực thuộc Tổng công ty Điện lực: Tài liệu mang lại góc nhìn chiến lược về phương pháp quản lý độ tin cậy cung cấp điện, phương án giảm tổn thất điện năng và giải pháp số hóa toàn diện hạ tầng thiết bị đóng cắt trên lưới trung áp đô thị.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật điện: Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo giá trị về mô hình tính toán ngắn mạch đường dây trung thế phức tạp, giải thuật định vị sự cố dựa trên dữ liệu Last Current và phương pháp ứng dụng phần mềm SmartHMI Studio trong tự động hóa trạm và đường dây.

Các đơn vị tư vấn thiết kế và doanh nghiệp tích hợp hệ thống tự động hóa lưới điện: Cung cấp đầy đủ cấu hình kỹ thuật, yêu cầu giao thức truyền thông chuẩn hóa IEC và giải pháp kết nối phần cứng từ thiết bị ngoại vi hiện trường về máy chủ điều khiển trung tâm.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống miniSCADA trong nghiên cứu có điểm gì khác biệt so với hệ thống SCADA tại Trung tâm Điều độ cấp tỉnh? Hệ thống miniSCADA đặt tại Điện lực Quy Nhơn tập trung thuần túy vào chức năng giám sát, thu thập thông số dòng, áp và cảnh báo sự cố từ 24 Recloser và 79 LBS theo thời gian thực nhằm phục vụ khoanh vùng sự cố nhanh, không can thiệp vào quyền điều khiển đóng cắt vốn thuộc thẩm quyền của Điều độ viên cấp tỉnh.

Phần mềm SmartHMI Studio đóng vai trò gì trong việc xác định điểm sự cố lưới điện? SmartHMI Studio đóng vai trò là giao diện người - máy HMI trực quan hóa toàn bộ 202 km đường dây 22kV theo sơ đồ đơn tuyến, tiếp nhận dữ liệu đo xa qua các giao thức IEC 60870-5-104 và Modbus, đồng thời tự động phát tín hiệu cảnh báo màu sắc và âm thanh khi có biến động dòng ngắn mạch.

Làm thế nào để xác định chính xác vị trí ngắn mạch chỉ dựa vào thông số dòng Last Current? Giá trị dòng Last Current ghi nhận tại thời điểm cắt của Recloser được nhập vào mô hình tính toán của phần mềm để so sánh với đường đặc tính phân bố dòng ngắn mạch lý thuyết tính theo tổng trở dây dẫn r0, x0, từ đó chỉ ra chính xác đoạn đường dây hoặc nhánh rẽ bị sự cố.

Giải pháp này giúp cải thiện các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIDI và SAIFI ra sao? Nhờ giảm thời gian tìm kiếm sự cố từ 60 phút xuống 10 - 15 phút và hỗ trợ chuyển phụ tải nhanh chóng qua các phân đoạn liên kết, thời gian mất điện bình quân một khách hàng (SAIDI) và tần suất mất điện thoáng qua (MAIFI) trong tháng 08/2020 trên địa bàn thành phố Quy Nhơn đã giảm rõ rệt.

Hệ thống có khả năng ứng dụng hiệu quả cho các vùng xa xôi như xã đảo Nhơn Châu không? Hệ thống hoàn toàn đáp ứng tốt nhờ tích hợp truyền thông đa phương thức qua cáp quang, modem vô tuyến UHF và mạng di động công cộng, cho phép giám sát Recloser nhánh rẽ Nhơn Châu thuộc xuất tuyến 477/SCA từ xa với độ ổn định tín hiệu cao và dữ liệu cập nhật liên tục.

Kết luận

• Đã thiết lập hoàn chỉnh hệ thống miniSCADA giám sát thời gian thực cho 24 Recloser, 79 dao cắt LBS và 43 tủ RMU trên 202 km lưới trung áp 22kV tại Điện lực Quy Nhơn.
• Ứng dụng thành công phần mềm SmartHMI Studio kết hợp thuật toán tính toán dòng ngắn mạch không đối xứng dựa trên thông số trở kháng dây dẫn thực tế.
• Rút ngắn thời gian phát hiện và khoanh vùng điểm sự cố từ 60 phút xuống còn 10 đến 15 phút, với độ chính xác cao được kiểm chứng qua sự cố cột C94/65 ngày 28/08/2020.
• Nâng cao đáng kể chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIDI, SAIFI và đảm bảo cấp điện an toàn, liên tục cho khoảng 71.500 khách hàng trên địa bàn thành phố Quy Nhơn.
• Đặt nền móng vững chắc cho lộ trình hiện đại hóa lưới điện thông minh Smart Grid tại Công ty Điện lực Bình Định.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đưa ra giải pháp công nghệ có tính ứng dụng thực tiễn cao, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng thiết bị hiện có để giải quyết bài toán vận hành lưới điện phân phối mà không làm phát sinh chi phí đầu tư quá lớn. Kế hoạch tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới là mở rộng kết nối SCADA cho 100% thiết bị đóng cắt còn lại, nâng cấp kênh truyền dẫn cáp quang tốc độ cao và tích hợp thêm các cảm biến cảnh báo sự cố SFRI. Các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối trên toàn quốc nên chủ động nghiên cứu và nhân rộng mô hình này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh điện năng và tối ưu hóa năng suất lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT HIỆN HÀNH VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC ĐIỆN LỰC QUY NHƠN QUẢN LÝ 1.1 Tổng quan về Điện lực Quy Nhơn: Điện lực Quy Nhơn địa chỉ tại số 312 Lê Hồng Phong – Thành phố Quy Nhơn, trực thuộc sự quản lý của Công ty Điện lực Bình Định – Tổng Công ty Điện lực Miền Trung. Đặc điểm của Điện lực Quy Nhơn: Chịu trách nhiệm cung cấp điện liên tục và ổn định cho thành phố Quy Nhơn, xã Nhơn Hội, Nhơn Hải, Nhơn Lý và khu vực xã đảo Nhơn Châu, đảm bảo tốt công tác quản lý, vận hành đường dây và kinh doanh điện năng của Điện lực. Góp phần vào việc tiết kiệm điện và giảm tối thiểu tổn thất điện năng của Điện lực thành phố và Công ty Điện lực Bình Định nói riêng và của Ngành điện cả nước nói chung. Điện lực điện Quy Nhơn gồm các phòng ban: + Giám đốc + Phó Giám đốc – Kỹ thuật + Phó Giám đốc – Kinh doanh + Phòng Kinh doanh (Tổ quản lý khách hàng, Tổ treo tháo công tơ và Tổ truyền điện) - Phòng Kế hoạch - Kỹ thuật - Tổ quản lý vận hành đường dây & trạm biến áp - Tổ Trực điện & Thao tác 12 Tổ chức nhân sự của Điện lực theo sơ đồ sau: Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức nhân sự Điện lực Quy Nhơn Trong nhiều năm qua ĐLQN đã đảm nhiệm việc cung cấp điện, vận hành, sửa chữa, lắp đặt mới hệ thống điện của thành phố nhằm đảm bảo ổn định, an toàn trong an ninh năng lượng Quốc gia một cách tốt nhất, duy trì tốt chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

Đồng thời phát triển mới khách hàng, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của đại đa số khách hàng trong khu vực, đưa chỉ số tiếp cận điện năng của khu vực xấp xỉ 100% trong thời gian tới. Đã nhiều năm liền nhận cờ thi đua của tỉnh, đảm bảo tốt nhu cầu sử dụng điện và hoàn thành tốt chỉ tiêu của cấp trên giao.2 Giới thiệu chủng loại các TBĐC hiện hành trên lưới điện: Hiện nay có rất nhiều thiết bị bảo vệ tự động được sử dụng trong lưới điện phân phối nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vận hành an toàn, linh hoạt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các thiết bị bảo vệ này có ba chức năng cơ bản sau: đóng cắt không tải, đóng cắt các dòng điện liên tục ổn định, đóng cắt 13 các dòng ngắn mạch…mà điển hình trong bảo vệ lưới điện phân phối bao gồm máy cắt/ rơle, máy cắt tự đóng lại - Recloser… như sau: 1.1 Recloser – máy cắt tự đóng lại: Recloser là thiết bị tự điều khiển, cảm nhận hiện tượng quá dòng của hệ thống lưới điện phân phối và tự cắt mạch khi có sự cố. Recloser sẽ tự động đóng lặp lại để khôi phục cung cấp điện khi sự cố thuộc loại thoáng qua và sau khi đóng vài lần để khôi phục cung cấp điện, nếu sự cố vẫn còn hiện hữu, recloser sẽ khóa mạch cô lập phần đường dây bị sự cố ra khỏi hệ thống (sự cố lâu dài/ vĩnh viễn).

Một số recloser có thể trang bị các mạng cảm biến điện áp tại chân sứ đầu vào nhằm lấy tín hiệu điện áp, tần số để có thể cô lập hoặc đóng, cắt khi hệ thống lưới điện có các hiện tượng vận hành bất thường như quá điện áp, điện áp thấp, mất điện áp hay tiến hành sa thải hay khôi phục phụ tải để duy trì độ ổn định vận hành của hệ thống khi có hiện tượng quá tần số hay tần số thấp xảy ra.