Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống scada công ty điện lực sơn la và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Sơn La, đề xuất giải pháp khắc phục hạn chế trong công tác vận hành hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Hải Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Chí
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Sơn La và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống SCADA của Công ty Điện lực Sơn La

Hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Sơn La đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển lưới điện. Hệ thống này được thiết kế để thu thập dữ liệu từ các trạm biến áp và thiết bị trên lưới điện, đảm bảo tính liên tục và an toàn trong quá trình vận hành. Các chức năng chính của hệ thống bao gồm giám sát, điều khiển, thu thập dữ liệu và lập báo cáo. Hệ thống SCADA sử dụng phần mềm Spectrum 5, cho phép tích hợp các ứng dụng điện toán đám mây, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành lưới điện. Đặc biệt, hệ thống còn hỗ trợ các chức năng nâng cao như EMS và DMS, giúp tối ưu hóa quá trình quản lý năng lượng và phân phối điện năng.

1.1 Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực Sơn La

Lưới điện của Công ty Điện lực Sơn La hiện đang được cung cấp bởi 06 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng 228 MVA. Mặc dù đáp ứng được nhu cầu phụ tải hiện tại, tốc độ tăng trưởng phụ tải bình quân hàng năm lên đến 15-16% đang đặt ra thách thức lớn cho hệ thống. Đặc biệt, các khu vực như thành phố Sơn La và huyện Mai Sơn đang có nhu cầu điện năng tăng cao. Việc cải tạo và nâng cấp lưới điện là cần thiết để đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho người dân và các hoạt động kinh tế trong khu vực.

1.2 Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều khiển xa

Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa được thiết kế với cấu trúc bao gồm các máy chủ và máy tính vận hành, cho phép thu thập và xử lý dữ liệu từ các thiết bị trên lưới điện. Hệ thống này không chỉ đảm bảo tính liên tục trong việc giám sát và điều khiển mà còn hỗ trợ các tính năng phân tích và xử lý dữ liệu. Việc sử dụng các giao thức như IEC60870-5-101 và DNP3.0 giúp hệ thống có khả năng kết nối linh hoạt và hiệu quả với các thiết bị khác nhau, từ đó nâng cao khả năng quản lý và vận hành lưới điện.

II. Giải pháp khắc phục hạn chế trong công tác vận hành

Mặc dù hệ thống SCADA tại Công ty Điện lực Sơn La đã hoạt động hiệu quả, vẫn tồn tại một số hạn chế trong công tác vận hành. Các vấn đề như độ tin cậy của hệ thống, khả năng kết nối giữa các thiết bị và việc xử lý sự cố cần được cải thiện. Để khắc phục những hạn chế này, cần áp dụng các giải pháp như nâng cấp phần mềm, cải thiện hạ tầng mạng và đào tạo nhân viên vận hành. Việc kết nối các thiết bị như Recloser và nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA sẽ giúp tăng cường khả năng giám sát và điều khiển, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành.

2.1 Giải pháp kết nối Recloser vào hệ thống SCADA

Giải pháp kết nối Recloser vào hệ thống SCADA bao gồm việc thiết lập các phương án ghép nối phần cứng và phần mềm. Việc sử dụng cáp quang để kết nối các thiết bị sẽ đảm bảo tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh chóng và ổn định. Hệ thống cũng cần được trang bị các thiết bị giám sát để theo dõi tình trạng hoạt động của Recloser, từ đó kịp thời phát hiện và xử lý sự cố. Điều này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống mà còn giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng.

2.2 Giải pháp kết nối thiết bị nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA

Kết nối thiết bị nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA là một bước quan trọng trong việc nâng cao khả năng quản lý và điều khiển lưới điện. Các phương án ghép nối cần được thiết kế để đảm bảo tính tương thích với hệ thống hiện tại. Việc sử dụng các giao thức truyền thông hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa quá trình thu thập và xử lý dữ liệu từ các nhà máy thủy điện. Đồng thời, việc đào tạo nhân viên về cách sử dụng và bảo trì hệ thống cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả vận hành lâu dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA 1.1 Giới thiệu chung về lưới điện Công ty Điện lực Sơn La Lưới điện Công ty Điện lực Sơn La hiện được cung cấp bởi 06 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng 228 MVA, cơ bản đáp ứng được nhu cầu phụ tải của tỉnh. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng phụ tải bình quân các năm là 15-16%/năm, đặc biệt là các phụ tải tập trung tại khu vực thành phố Sơn La, Mai Sơn, Yên Châu thì trong tương lai gần hệ thống lưới điện hiện nay sẽ phát triển hơn nữa. Thành phố Sơn La Hiện tại, lưới điện trung thế trên địa bàn Thành phố gồm 2 cấp điện áp 35, 22kV. Lưới 35kV được cấp điện từ trạm 110kV Sơn La 2x40MVA-110/35/22kV và được hỗ trợ từ các trạm 110kV Mường La, Thuận Châu, Sông Mã.

Lưới 22kV được cấp điện từ tram TG 2/9 Thành phố công suất 2x6300kVA-35/22kV. Pmax thành phố Sơn La năm 2019 là 52MW. Lưới điện trong trung tâm thành phố đã thực hiện cải tạo nâng cấp lên vận hành 22kV với nhiều nguồn cấp điện từ các TBA 110 khác nhau đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Dự báo đến năm 2025, phụ tải khu vực Thành phố đạt khoảng 70MW.

Huyện Mai Sơn Hiện tại, lưới trung thế huyện Mai Sơn bao gồm 2 cấp điện áp 35; 6kV. Lưới 35kV được cấp từ trạm 110kV Thành phố qua 2 lộ 378 và 382. Lưới 6kV tập trung ở khu vực thị trấn Hát Lót được cấp từ trạm TG Mai Sơn công suất 2x1600kVA điện áp 35/6kV. Pmax huyện Mai Sơn năm 2019 là 28MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho huyện là trạm 110kV Sơn La công suất 2x40MVA – 110/35/22kV đặt tại khu vực phường Chiềng Sinh – TP Sơn La, được dự phòng cấp điện một phần qua trạm 110kV Mường La, Mộc Châu, tuy nhiên mới chỉ đáp ứng cấp điện được gần 1/4 1 công suất (khoảng 4MW).

Hiện tại huyện Mai Sơn có trạm 110kV Xi Măng Mai Sơn nhưng là trạm chuyên dùng của khách hàng. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mai Sơn đạt khoảng 40MW. Huyện Mường La Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mường La gồm 2 cấp điện áp 35kV và 6kV. Nguồn điện cấp cho toàn huyện là trạm 110kV Mường La công suất 25MVA điện áp 110/35/6kV.

Riêng xã Nậm Giôn được cấp điện từ trạm 110kV Thuận Châu. Pmax huyện Mường La năm 2019 là 12 MW, nguồn cấp điện chủ yếu cho huyện là trạm 110kV Mường La, dự phòng cấp điện qua trạm 110kV Sơn La hoặc chuyển nguồn cấp qua Trạm 110kV Yên Bái. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Mường La đạt khoảng 20MW. Huyện Thuận Châu Hiện tại, toàn bộ lưới trung thế huyện Thuận Châu vận hành ở cấp điện áp 35kV.

Nguồn cấp điện cho huyện là trạm 110kV Thuận Châu công suất 1x16 MVA điện áp 110/35kV và các thủy điện Chiềng Ngàm công suất 1,92MW, thủy điện Chiềng Ngàm Thượng công suất 10MW Pmax huyện Thuận Châu năm 2019 là 11MW, nguồn cấp điện dự phòng cho huyện Thuận Châu là trạm 110kV Sơn La và trạm 110kV Sông Mã. Tuy nhiên do khoảng cách địa lý giữa các TBA 110 khá xa, phụ tải tập chung cuối nguồn nên khả năng cấp điện hỗ trợ bị hạn chế rất nhiều do sụt áp cuối đường dây lớn, không đảm bảo chỉ số điện năng. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Thuận Châu đạt khoảng 14MW. Huyện Quỳnh Nhai Hiện tại, lưới trung thế huyện Quỳnh Nhai chỉ gồm 1 cấp điện áp 35kV được cấp từ lộ 375 và 373 trạm 110kV Thuận Châu.

Pmax của huyện Quỳnh Nhai năm 2019 là 6MW, ngoài trạm 110kV Thuận Châu thì huyện Quỳnh Nhai không có nguồn cấp điện dự phòng. 2 Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Quỳnh Nhai đạt khoảng 9MW. Huyện Mộc Châu Hiện tại, lưới điện trung thế huyện Mộc Châu gồm 2 cấp điện áp 35kV; 22kV được cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV, và các nhà máy thủy điện Mường Sang 1 công suất 2,4MW, Suối Tân 1 công suất 2,5MW, Tà Niết công suất 3,6MW, Sơ Vin công suất 2.8MW, Mường Sang 3 công suất 6 MW Pmax của huyện Mộc Châu năm 2019 là 29MW, nguồn điện dự phòng là trạm 110kV Sơn La và Trạm 110kV Phù Yên. Tuy nhiên cũng do khoảng cách các TBA xa nhau nên chỉ đáp ứng được một phần phụ tải hiện có.

Dự báo từ nay đến năm 2025, việc Mộc Châu trở thành khu du lịch quốc gia phụ tải sẽ tăng rất mạnh, ngoài ra huyện Vân Hồ được thành lập năm 2013 cũng sẽ xây dựng cơ sở hạ tầng làm nhu cầu điện tăng cao. Phụ tải huyện Mộc Châu đến năm 2025 đạt khoảng 60 MW. Huyện Vân Hồ Là huyện được tách ra từ huyện Mộc Châu vào năm 2013. Lưới điện trung thế huyện Vân Hồ gồm 2 cấp điện áp 35kV; 22kV được cấp điện trạm 110kV Mộc Châu công suất 2x25MVA-110/35/22kV.

Pmax của huyện Vân Hồ năm 2019 là 5MW. Dự báo từ nay đến năm 2025 khi hoàn thiện cơ sở hạ tầng và đầu tư thì phụ tải huyện Vân Hồ đạt khoảng 8-10MW. Huyện Yên Châu Toàn bộ lưới trung thế huyện Yên Châu đang vận hành ở cấp điện áp 35kV và được cấp điện từ lộ 376 Mộc Châu, nguồn dự phòng là lộ 378 Sơn La. Pmax của huyện năm 2019 là 8MW.

Dự báo đến năm 2025, Pmax huyện Yên Châu đạt khoảng 15MW. Huyện Phù Yên Hiện tai, lưới trung thế huyện Phù Yên gồm 2 cấp điện áp: 35, 10kV. Lưới 3 35kV được cấp điện từ trạm 110kV Phù Yên công suất 2x16MVA-110/35/22kV và thủy điện Suối Sập 2 công suất 14,4MW, thủy điện Suối Sập 3 công suất 14MW; lưới 10kV được cấp điện từ TG Phù Yên công suất 2x1800kVA-35/10kV và Trung gian Huy Hạ: 1x3. Pmax của huyện năm 2019 là 16MW, nguồn cấp điện dự phòng là trạm 110kV Mộc Châu với khoảng cách 60km và trạm 110 Sơn La khoảng cách là 120km.

Lưới điện 10kV Phù Yên hiện đang được đề xuất cải tạo sang vận hành cấp điện áp 22kV và 35kV, đồng thời xóa các trạm trung gian Phù Yên. Dự báo phụ tải huyện Phù Yên đến năm 2025 đạt: 29MW. Huyện Bắc Yên Toàn bộ lưới trung thế huyện Bắc Yên đang vận hành ở cấp điện áp 35kV và được cấp điện từ lộ 373 Phù Yên và được dự phòng từ lộ 378 Sơn La. Pmax của huyện năm 2019 là 8 MW (riêng mỏ Nikel Bản Phúc sử dụng khoảng 3MW).

Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Bắc Yên đạt mức 16MW. Huyện Sông Mã Hiện tại, huyện Sông Mã được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã 1x25MVA- 110/35/22kV với 3 lộ cấp điện, các nguồn điện dự phòng ngoài trạm 110kV Sơn La và trạm 110kV Thuận Châu còn có Thủy điện thủy điện Nậm Công 3 công suất 6,4MW, thủy điện Keo Bắc công suất 1.8 MW, thủy điện Nậm Công 4 công suất 2.8MW, Dự phòng lưới điện quốc gia là các trạm 110kV Sơn La và 110kV Thuận Châu tuy nhiên khoảng cách đến trung tâm phụ tải rất xa, đều > 100km. Phụ tải huyện Sông Mã năm 2019 đạt 9MW. Dự báo đến năm 2025, phụ tải huyện Sông Mã đạt mức: 15MW.

Huyện Sốp Cộp: Hiện tại, huyện Sốp Cộp được cấp điện từ trạm 110kV Sông Mã với 01 lộ 4 35kV. Năm 2019, Pmax của huyện đạt 3MW. Dự báo nhu cầu phụ tải huyện Sốp Cộp đến năm 2025 là: 7MW.2 Tổng quan về hệ thống SCADA trung tâm Điều khiển xa Dựa vào đặc điểm của lưới điện tỉnh Sơn La (bao gồm các TBA 110kV và các thiết bị Recloser, Máy cắt, LBS …), cấu trúc tổng thể của hệ thống SCADA Trung tâm được xây dựng với các máy tính chủ truyền tin và xử lý dữ liệu (Comm & Data Server), các máy tính chủ HIS và các máy tính vận hành (Workstation). Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm điều khiển được thể hiện như hình sau: Hình 1.

Cấu trúc hệ thống SCADA trung tâm Tại phòng điều khiển trung tâm, thiết lập các thành phần của hệ thống SCADA bao gồm: Các máy tính thu thập và xử lý dữ liệu SCADA, máy tính vận hành, máy tính cấu hình và lưu trữ dữ liệu quá khứ….các thiết bị phần cứng tại Trung tâm điều khiển bao gồm: - 05 Máy chủ Dell. - 05 Máy tính vận hành. - Màn hình TV 65”. Hệ thống nguồn: - 01 Máy phát.

- Hệ thống UPS + ắc quy. - Tủ phân phối nguồn AC. - Tủ tự động chuyển nguồn ATS. - Thiết bị cắt lọc sét.

- Thiết bị chuyển nguồn ATS.1 Chức năng hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La là hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) được hoạt động dựa trên nền tảng chính là gói phần mềm Spectrum 5, cung cấp các ứng dụng sử dụng điện toán đám mây bao gồm chức năng: Chức năng SCADA cơ bản: - Giám sát - Điều khiển - Thu thập dữ liệu - Lập báo cáo - Điều khiển việc truy cập an toàn hệ thống - Các chức năng ứng dụng trong hệ thống điện Các chức năng SCADA nâng cao bao gồm: Chức năng EMS: - Hỗ trợ xử lý các quyết định của Điều độ viên 6 - Trợ giúp việc lập các kế hoạch phát điện và điều khiển, dự báo phụ tải - Giám sát lưới - Đánh gía tính an toàn hệ thống - Nâng cao chất lượng vận hành lưới điện - Tối ưu hoá trào lưu công suất - Xây dựng các Phiếu thao tác mẫu phục vụ thao tác tách trạm Chức năng DMS: - Quản lý phân phối - Quản lý vận hành - Kế hoạch phân phối điện năng - Giám sát vùng mất điện và khôi phục Hệ thống SCADA còn hỗ trợ cac tính năng phân tích, xử lý dữ liệu và nắm bắt sự kiện; hiển thị giao tiếp người máy trực quan và sinh động; tính toán phân bố trào lưu công suất, ngắn mạch, lập báo cáo qua cơ sở quản trị phần mềm hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Management System) hoặc hệ thống quản lý nhu cầu phụ tải DMS (Demand Management System).2 Hệ thống SCADA tại trung tâm điều khiển xa Sơn La Hệ thống SCADA được tính toán và thiết kế đảm bảo yêu cầu dự phòng, 2 máy chủ SCADA (thu thập dữ liệu) và 2 máy chủ PSOS (lưu trữ dữ liệu) vận hành theo chế độ dự phòng “Hot/Standby”; ở trạng thái bình thường, toàn bộ dữ liệu của hệ thống sẽ được kết nối, thu thập và xử lý trên máy tính SCADA1, PSOS1; máy tính SCADA2, PSOS2 tự động đồng bộ dữ liệu từ máy tính SCADA1, PSOS1 để đảm bảo tính dự phòng.