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.
