I. Tổng Quan Hệ Thống Tự Động Điều Khiển Trạm Biến Áp Hiện Đại
Công nghệ thông tin và tự động hóa ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực. Điện lực Việt Nam cũng có những bước tiến mạnh mẽ trong việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa vào điều hành, quản lý và bảo vệ hệ thống điện. Hệ thống điện gồm các nguồn phát, lưới truyền tải, lưới phân phối và phụ tải tiêu thụ, chúng có quan hệ gắn bó thành một thể thống nhất. Việc quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống an toàn, tin cậy là hết sức cần thiết. Các thiết bị điện cũng được chế tạo dựa trên những công nghệ tiên tiến, vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện không ngừng phát triển với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin, thiết bị điều khiển từ xa, các hệ thống tự động điều khiển, giám sát và bảo vệ hệ thống điện. Hệ thống tự động điều khiển trạm biến áp không còn là khái niệm mới mẻ. Theo tài liệu, "Nó được định nghĩa là giao diện với các thiết bị ngoài trạm và các thiết bị điện thông minh (IEDs) cho phép liên kết mạng và trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống, giữa những người sử dụng trong và ngoài trạm."
1.1. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống Tự Động Điều Khiển
Một hệ thống tự động điều khiển trạm biến áp thường bao gồm các phần tử chính sau: Thiết bị điện thông minh (IEDs), Khối vào ra mức ngăn, Bộ xử lý chủ (trung tâm) tại trạm, Mạng cục bộ tại trạm (LAN), Các giao diện của hệ thống liên lạc, và Giao diện với người sử dụng (HMI). Các IEDs sử dụng công nghệ số, ưu điểm lớn nhất là thông tin. Bộ xử lý chủ hoạt động như một bộ xử lý tại chỗ để lưu trữ dữ liệu, tính toán, điều khiển, hiển thị thông tin về trạm dưới các khuôn dạng khác nhau trên giao diện người sử dụng tại chỗ (UI), cất giữ các thông tin cho công việc phân tích trong tương lai và lưu trữ các bản ghi. Mạng LAN liên kết các phần tử của hệ thống tự động điều khiển với các thiết bị điện thông minh (IEDs).
1.2. Tính Tự Động Hóa Của Hệ Thống Điều Khiển Trạm Biến Áp
Tính tự động của hệ thống trên được thể hiện ở các khả năng sau: Bảo vệ hệ thống điện, Ghi chép sự cố, chỉ thị sự cố, Đo lường các giá trị, Điều khiển thiết bị theo các vị trí: tại chỗ, tại bảng điều khiển, tại trạm và từ xa, Tự động đưa bảo vệ vào làm việc hoặc tách ra, Giám sát liên động, điều khiển quá trình, Đồng bộ thời gian của IEDs, Phân tích định kỳ thiết bị, Hiển thị các điều kiện làm việc của thiết bị, Chỉ thị hư hỏng máy cắt và giải trừ, Tự động đóng lặp lại, Mở rộng hệ thống, Tự động dự phòng hệ thống điều khiển và hệ thống thông tin, Ghi các sự kiện tuần tự, Truy cập vào ra (Dial in/out) và Cảnh báo. Việc tích hợp các tính năng này giúp tối ưu hóa hoạt động của trạm biến áp.
II. Phân Loại Thiết Bị Trong Hệ Thống Điều Khiển Trạm Biến Áp
Quan điểm phân chia hệ thống thiết bị trong hệ thống điều khiển trạm biến áp có thể dựa vào vai trò và hoạt động xử lý trong sơ đồ. Hệ thống thiết bị có thể chia thành các mức: mức xử lý, mức thiết bị, và mức trạm. Mức xử lý là mức thấp nhất của hệ thống, thiết bị ở mức này là các phần tử kết nối vật lý trực tiếp với hệ thống điện lực và để biến đổi các giá trị tức thời. Mức thiết bị bao gồm các thiết bị, nhóm hoặc khối nhiều thiết bị thông minh – IEDs, để tạo ra các thông tin và tác động qua lại. Mức Trạm thực hiện việc thu thập dữ liệu và điều khiển của IEDs và bộ I/O. Ngoài ra, cần kể đến những lớp chương trình phần mềm tương thích ở mỗi mức, được thiết kế kèm theo mỗi thiết bị, phục vụ nhiều mục tiêu, với khả năng và phạm vi hoạt động tương ứng.
2.1. Tìm Hiểu Chi Tiết Về Mức Xử Lý Trong Trạm Biến Áp
Mức xử lý bao gồm các phần tử kết nối vật lý trực tiếp với hệ thống điện lực và có chức năng biến đổi các giá trị tức thời. Các thành phần thường gặp là: máy biến dòng điện (CTs), máy biến điện áp (VTs), nhiệt điện trở (RTDs), các transducer và nhiều bộ sensor biến đổi từ đại lượng này sang đại lượng khác. Các bộ biến đổi trong mức xử lý sẽ biến đổi các đại lượng đầu vào chuẩn 5(1)A, 57.3)V thành các đại lượng đầu ra ở mức chuẩn khác như 0-10V, 4-20mA…. Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu thô và chuyển đổi sang dạng tín hiệu phù hợp cho các hệ thống điều khiển.
2.2. Vai Trò Của Mức Thiết Bị IEDs Trong Hệ Thống Tự Động
Mức thiết bị bao gồm các thiết bị, nhóm hoặc khối nhiều thiết bị thông minh – IEDs. Ví dụ như các thiết bị điện, máy cắt và các thiết bị đi kèm theo nó. IEDs của hệ thống điện bao gồm: Thiết bị đo lường, rơ le bảo vệ, bộ ghi sự cố, chuyển nấc máy biến áp (OLTCs), điều khiển công suất, khối nối ghép từ xa (RTU – Remote Terminal Units), bộ điều khiển lập trình được (PLCs – Programmable Logic Controller). Ví dụ RTU là thiết bị thu thập thông số, dữ liệu và chuyển đến một thiết bị ở xa khác mà không cần thiết phải xử lý sâu hơn. PLC có khả năng thực hiện việc xử lý thông số để tạo ra dữ liệu thông tin. Ngày nay đã có sự kết hợp với bộ “smart RTU” tương tự như PLC giống như các thiết bị với các chức năng mở rộng.
2.3. Chức Năng Của Mức Trạm Trong Hệ Thống Điều Khiển Tự Động
Bộ điều khiển trạm thực hiện việc thu thập dữ liệu và điều khiển của IEDs và bộ I/O, RTUs, PLCs khối điều khiển và phần mềm giao tiếp người – máy (HMI – Human Machine Interface) chạy trên các máy tính có khả năng điều khiển trạm. Ngoài ra, phải kể đến những lớp chương trình phần mềm tương thích ở mỗi mức, được thiết kế kèm theo mỗi thiết bị, phục vụ nhiều mục tiêu, với khả năng và phạm vi hoạt động tương ứng.
III. Các Chuẩn Giao Thức Truyền Thông Trong Trạm Biến Áp
Sự phổ biến các giải pháp tự động hóa sử dụng hệ thống thông tin số là kết quả tổng hợp của tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin, điện tử và tự động hóa. Mạng thông tin là một khái niệm chung chỉ các hệ thống truyền tín hiệu số được sử dụng để kết nối các thiết bị số với nhau. Các hệ thống thông tin công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết bị chấp hành cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành lớn.
3.1. Sự Khác Biệt Giữa Mạng Viễn Thông Và Mạng Thông Tin Công Nghiệp
Cần phân biệt giữa hệ thống viễn thông và mạng thông tin sử dụng trong công nghiệp. Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật (cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực…) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông tin của mạng viễn thông phức tạp hơn nhiều so với mạng thông tin sử dụng trong công nghiệp. Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh , văn bản và dữ liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp, nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu. Các kỹ thuật và công nghệ được dùng trong mạng viễn thông phong phú hơn rất nhiều trong mạng công nghiệp.
3.2. Mạng Thông Tin Điện Lực Và Các Đặc Điểm Quan Trọng
Mạng thông tin điện lực trước đây được khai thác trong một phạm vi hẹp như mạng điện thoại cục bộ của Ngành, thực hiện chức năng bảo vệ, điều khiển sử dụng kênh thông tin khá ít ái: bảo vệ cao tần, bảo vệ cắt liên động và bảo vệ so lệch dọc đường dây. Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20, cộng với những đòi hỏi ứng dụng ngày càng cao của người sử dụng làm cho mạng thông tin điện lực ngày càng mở rộng và đa dạng : đường điện thoại viễn thông, cáp quang, kênh cao tần PLC, mạng sóng vô tuyến FM.
IV. Đánh Giá Thực Trạng Ứng Dụng Hệ Thống SAS Tại Việt Nam
Chương 4 sẽ đánh giá thực tế quá trình sử dụng SAS trong các trạm biến áp tại phía Bắc, cụ thể đối với Trạm biến áp 220kV Bắc Ninh và một số đề xuất. Đây là bước quan trọng để hiểu rõ hơn về hiệu quả và những thách thức khi triển khai hệ thống tự động điều khiển và bảo vệ trạm biến áp trong điều kiện thực tế.
4.1. Ví Dụ Cụ Thể Về Ứng Dụng SAS Tại Trạm Biến Áp 220kV Bắc Ninh
Việc phân tích ứng dụng SAS tại trạm biến áp 220kV Bắc Ninh sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu hình hệ thống, các thiết bị được sử dụng, và hiệu quả hoạt động thực tế. Điều này giúp nhận diện các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống trong môi trường vận hành cụ thể.
4.2. Triển Vọng Phát Triển Và Một Số Đề Xuất Cải Tiến SAS
Trên cơ sở đánh giá thực trạng, chương này cũng sẽ đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống SAS trong tương lai. Các đề xuất này có thể bao gồm việc tích hợp công nghệ mới, tối ưu hóa cấu hình, và cải thiện quy trình vận hành.
