Nghiên cứu Bộ Điều Áp Dưới Tải OLTC và Ứng Dụng Giám Sát bằng TIA Portal WinCC

Nghiên cứu OLTC: Tìm hiểu về giám sát và điều khiển bộ điều chỉnh điện áp dưới tải (OLTC) sử dụng TIA Portal. Giải pháp hiệu quả cho hệ thống điện.

• Tác giả: Trần Nhật Tân
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: CNKT Điện - Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu bộ điều áp dưới tải OLTC và ứng dụng thiết kế giám sát điều khiển bằng phần mềm TIA Portal - WinCC
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu thực hiện đề tài
• 1.2. Giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Giới thiệu nội dung
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cấu tạo máy biến áp và vị trí bộ điều áp dưới tải trong máy biến áp
• 2.2. Tổng quan về bộ điều áp dưới tải OLTC
• 2.2.1. Giới thiệu
• 2.2.2. Sơ đồ đấu nối cuộn dây cơ bản
• 2.3. Cấu tạo bộ điều áp dưới tải
• 2.4. Nguyên lý làm việc
• 2.5. Phân loại OLTC
• 2.6. Nguyên tắc chuyển đổi nấc trong bộ điều áp dưới tải
• 2.7. Dầu cách điện và làm mát
• 2.8. Ứng dụng của bộ điều áp dưới tải trong thực tiễn
• 2.9. Tủ điều khiển bộ điều áp dưới tải
• 2.9.1. Bộ điều khiển OLTC bên trong tủ điều khiển từ xa
• 2.9.2. Nguyên tắc vận hành và điều khiển
• 2.10. Bộ truyền động “Motor Drive Unit Tapmotion ED”
• 2.10.1. Tổng quan về Motor Drive Unit Tapmotion ED
• 2.10.2. Cấu tạo và nguyên tắc kết nối
• 2.10.3. Cơ cấu truyền động
• 2.10.4. Mạch điều khiển bộ truyền động động cơ
• 2.11. Rơ le điều khiển điện áp và giám sát máy biến áp REG-DA
• 2.11.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.11.2. Đặt tính hiệu suất
• 2.11.3. Chỉ báo, điều khiển, hiển thị
• 2.11.4. Các quy định trong lắp đặt, vận hành
• 2.11.4.1. Yêu cầu về môi trường
• 2.11.4.2. Yêu cầu về kỹ thuật
• 2.12. Trình tự vận hành chuyển nấc bộ điều áp dưới tải
• 2.12.1. Điều khiển bằng tay
• 2.12.2. Điều khiển bằng điện tại tủ truyền động
• 2.12.3. Điều khiển từ xa
• 2.13. Thí nghiệm và bảo dưỡng bộ điều áp dưới tải
• 2.13.1. Các quy định về thí nghiệm bảo dưỡng
• 2.13.2. Bảo dưỡng thay thế
• 2.14. Phần mềm PSCAD (Power Systems Computer-Aided Design)
• 2.14.1. Tính năng nổi bật
• 2.15. Tổng quan về PLC
• 2.15.1. Tổng quan về PLC
• 2.15.2. PLC S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC
• 2.16. Phần mềm TIA Portal
• 2.16.1. Tính năng nổi bật
• 2.17. Phần mềm WinCC RT Advanced
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
• 3.1. Thiết kế giao diện vận hành điều áp dưới tải trên phần mềm PSCAD
• 3.2. Thiết kế mô hình điều áp dưới tải trên PLC
• 3.3. Thiết kế giao diện SCADA bằng phần mềm WinCC RT Advanced
• 4. CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ KẾT QUẢ
• 4.1. Kết quả vận hành bộ OLTC trên phần mềm PSCAD
• 4.2. Kết quả vận hành bộ OLTC trên phần mềm Tia Portal + WinCC
• 4.2.1. Vận hành chế độ bằng tay:
• 4.2.2. Vận hành chế độ tự động
• 4.2.3. Thu thập và lưu trữ dữ liệu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu OLTC Giám Sát Điều Khiển Tự Động

Trong hệ thống điện, biến động điện áp trên đường dây truyền tải ở các cấp điện áp khác nhau là một vấn đề phổ biến. Điện áp thay đổi liên tục ảnh hưởng đến quá trình truyền tải, gián đoạn cung cấp điện và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Nguyên nhân của biến động điện áp có thể là do tải biến đổi, tác động từ bên ngoài hoặc các yếu tố khác trong hệ thống. Điều chỉnh điện áp là yếu tố quan trọng trong việc duy trì ổn định, đảm bảo chất lượng điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Bộ điều áp dưới tải OLTC là một giải pháp phổ biến được sử dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp. Việc điện áp được duy trì ổn định ở các cấp điện áp khác nhau trong hệ thống truyền tải, phân phối điện năng phần lớn nhờ vào hoạt động của bộ điều áp dưới tải. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc điều khiển, vận hành OLTC điều chỉnh điện áp, các vấn đề kỹ thuật và điều kiện hoạt động của OLTC cần được nghiên cứu và đánh giá. Điển hình là việc điều chỉnh điện áp bị mất kiểm soát, điện áp hoạt động không ổn định trong thời gian dài gây ra nhiều thiệt hại lớn về người và tài sản, hiện tượng này đã xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới. Vấn đề nghiên cứu chính trong đồ án là nghiên cứu và phân tích hoạt động của bộ điều áp dưới tải OLTC. Đồ án này sẽ nghiên cứu cấu tạo nguyên lý đặc trưng của OLTC, xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của OLTC, các chế độ điều áp dưới tải trên hệ thống SCADA. Dựa trên cơ sở đó, đồ án đề xuất thuật toán tự động kiểm tra, dừng khẩn khi phát hiện sự cố ngoài ý muốn và xây dựng chương trình điều khiển trên PLC S7-1200, giả lập các sự cố xảy ra để kiểm nghiệm chương trình. Qua việc nghiên cứu vấn đề này, đồ án hướng tới mục đích đưa ra những giải pháp, đề xuất cải tiến và hướng phát triển cho bộ điều áp dưới tải, góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều chỉnh điện áp dưới tải ở các trạm 110kV/22kV.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu OLTC Điều Khiển Giám Sát Tự Động

Mục tiêu chính của nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu sâu sắc nguyên lý hoạt động, cấu trúc chi tiết và các thành phần chính yếu cấu thành bộ điều áp dưới tải (OLTC). Nghiên cứu này đi sâu vào các phương pháp điều khiển, các thiết bị điều khiển được sử dụng trong quá trình vận hành bộ điều áp dưới tải. Ngoài ra, nghiên cứu còn tập trung vào việc sử dụng phần mềm mô phỏng TIA Portal để lập trình trên PLC S7-1200, xây dựng và mô phỏng các chế độ điều khiển khác nhau cho bộ điều áp dưới tải dựa trên cấu trúc và nguyên lý hoạt động đã được nghiên cứu. Đồng thời, kết hợp sử dụng phần mềm PSCAD để thiết kế giao diện vận hành cho bộ điều áp dưới tải một cách trực quan và hiệu quả.

1.2. Giới Hạn Phạm Vi Nghiên Cứu OLTC 110kV 22kV

Đề tài này tập trung nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, phương pháp điều khiển, phân tích đánh giá hiệu suất cũng như tác động của OLTC đến chất lượng điện năng ở cấp điện áp 110/22KV. Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp, không đi sâu vào nghiên cứu chi tiết về OLTC ở các cấp điện áp khác, không thực hiện thiết kế vận hành trên mô hình thực tế. Tuy nhiên, sẽ xem xét các khía cạnh chính liên quan đến hiệu suất và chức năng của OLTC ở các cấp điện áp cao hơn. Thông qua những giới hạn đề tài, nghiên cứu sẽ tập trung vào những khía cạnh quan trọng nhất, đồng thời đảm bảo tính xác thực và khả thi của đề tài.

II. Cơ Sở Lý Thuyết OLTC Cấu Tạo Nguyên Lý Ứng Dụng

Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của quá trình biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ một mức điện áp sang mức điện áp khác. Cấu tạo cơ bản của một máy biến áp bao gồm các thành phần chính: Lõi thép, Cuộn dây sơ cấp, Cuộn dây thứ cấp, Vỏ máy biến áp. Ngoài những thành phần trên, máy biến áp trong hệ thống truyền tải điện còn có một thiết bị không thể thiếu thực hiện chức năng điều chỉnh và ổn định điện áp đầu ra của máy biến áp đó là bộ điều áp dưới tải OLTC. Một trong những thành phần chính của máy biến áp là bộ điều áp dưới tải OLTC, là một cơ chế điều chỉnh tỉ số máy biến áp được lắp đặt ở trong máy biến áp. Với một bộ điều áp dưới tải tỉ số máy biến áp có thể thay đổi theo từng bước bằng cách tăng hoặc giảm số vòng dây. Bộ điều áp dưới tải ngày càng trở nên quan trọng trong việc điều chỉnh máy biến áp cũng như vận hành hệ thống lưới điện, ngày nay hầu hết các loại máy biến áp lực điều được trang bị bộ điều áp dưới tải với công nghệ hiện đại. Các bộ OLTC đã cải tiến đáng kể hiệu quả hoạt động của hệ thống điện và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

2.1. Cấu Tạo Vị Trí OLTC trong Máy Biến Áp Điện Lực

Cấu tạo chung của bộ điều áp dưới tải bao gồm các thành phần cơ bản sau: Bộ chọn nấc, bộ công tắc đảo mạch, bộ truyền động. Cấu tạo bộ điều áp dưới tải Hiện nay, trong các hệ thống truyền tải điện cũng như trên thị trường có rất nhiều loại OLTC được thiết kế với các đặt trưng riêng về kết cấu để phù hợp với yêu cầu hoạt động của từng hệ thống. Bộ điều áp dưới tải Vacutap VVS của hãng MR được mô tả chi tiết như sau: Cấu trúc OLTC bao gồm: Thùng máy biến áp, Bộ truyền động động cơ, Trục truyền động thẳng đứng, Bánh răng côn, Trục truyền động nằm ngang, Hộp giảm tốc, OLTC với bộ chọn chuyển bên trong, Rơ-le bảo vệ, Bình chứa dầu, Vị trí cuộn dây máy biến áp.

2.2. Nguyên Lý Hoạt Động Ứng Dụng Thực Tế Của OLTC

OLTC thay đổi tỉ số biến bằng cách thay đổi số vòng dây. Do đó, ở giữa hoặc cuối cuộn sơ cấp có các đầu dây đưa ra ứng với các số vòng dây khác nhau. Các đầu dây quấn được bố trí ở cuộn sơ cấp vì dòng điện nhỏ hơn so với phía thứ cấp giúp cho thiết kế các tiếp điểm chuyển mạch được nhỏ gọn hơn. Bộ phận chuyển mạch có các điện trở hạn chế dòng điện ngắn mạch trong quá trình thao tác. Trong hệ thống truyền tải điện OLTC được sử dụng trong các máy biến áp truyền tải cao áp để điều chỉnh điện áp đầu ra và duy trì điện áp ổn định trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến các trạm biến áp và điểm tiêu thụ khác nhau, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải và giảm các biến động điện áp trong hệ thống. Trong hệ thống phân phối điện OLTC được sử dụng trong các máy biến áp phân phối để điều chỉnh điện áp đầu ra và duy trì chất lượng điện áp tại các khu vực tiêu thụ, như khu dân cư, khu công nghiệp và khu thương mại, giúp cân bằng tải và duy trì điện áp ổn định để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đa dạng.

2.3. Phân Loại OLTC Các Kiểu Thiết Kế Ưu Nhược Điểm

Có rất nhiều loại OLTC được thiết kế với các kiểu mẫu khác nhau trong đó OLTC kiểu trong thùng và kiểu có ngăn riêng biệt là hai mẫu thiết kế được sử dụng phổ biến hiện nay. Cả hai loại điều được thiết kế đảm bảo dập được hồ quang phát ra trong quá trình chuyển đổi nấc với kiểu ngâm trong dầu máy biến áp, với sự phát triển trong khoa học kỹ thuật hiện nay việc dập hồ quang khi chuyển mạch được tối ưu hóa bằng công nghệ chân không và đã tăng hiệu suất hoạt động của máy biến áp lên đáng kể. OLTC kiểu điện trở tốc độ cao được thiết kế gồm có một bộ chọn nấc và một khóa đảo chiều, hoặc một bộ chọn nấc hỗn hợp thì trên cùng một thiết bị có cả chức năng của bộ chọn nấc và khóa đảo chiều. OLTC kiểu điện kháng luôn được thiết kế theo kiểu có ngăn riêng biệt. Nguyên lý hoạt động của OLTC kiểu điện kháng là điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách tạo sự thay đổi trong điện kháng của hệ thống.

III. Thiết Kế Giám Sát OLTC bằng TIA Portal Hướng Dẫn Chi Tiết

Trong tủ điều khiển máy biến áp từ xa có tích hợp bộ điều khiển OLTC sử dụng để điều khiển và vận hành bộ điều áp dưới tải có chức năng điều chỉnh tự động chuyển nấc bộ điều áp dưới tải để duy trì điện áp ổn định trong hệ thống điện. Cấu trúc của bộ điều khiển từ xa thường bao gồm các thành phần sau: Bộ điều khiển, Giao diện người dùng, Cảm biến, Thiết bị bảo vệ, Kết nối và cáp điện. Bộ truyền động điều khiển OLTC là đơn vị điều khiển động cơ được thiết kế đặc biệt để điều khiển hoạt động của bộ điều áp dưới tải trong máy biến áp. Đây là thiết bị chịu trách nhiệm điều chỉnh các vị trí nấc của bộ điều áp trong cuộn dây máy biến áp trong khi nó đang hoạt động và được cấp điện. Bộ truyền động hoạt động phối hợp với hệ thống điều khiển của máy biến áp, nhận tín hiệu và lệnh để khởi động các hoạt động chuyển đổi nấc, thay đổi cơ chế của bộ điều chỉnh, cho phép tỷ lệ điện áp của máy biến áp được điều chỉnh trong khi máy biến áp đang kết nối với mạng điện.

3.1. Cấu Hình PLC Siemens S7 1200 Điều Khiển OLTC

Để điều khiển OLTC một cách hiệu quả, việc cấu hình PLC Siemens S7-1200 là vô cùng quan trọng. Cần xác định rõ các tín hiệu đầu vào và đầu ra, bao gồm tín hiệu phản hồi vị trí nấc, tín hiệu điều khiển tăng/giảm nấc, và tín hiệu báo lỗi. Sau đó, tiến hành lập trình logic điều khiển trên TIA Portal, sử dụng các hàm logic và thuật toán PID để đảm bảo điện áp đầu ra luôn ổn định trong phạm vi cho phép. Việc gán địa chỉ và cấu hình phần cứng cũng cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo sự tương thích và hoạt động chính xác của hệ thống.

3.2. Lập Trình HMI WinCC Giám Sát Điều Khiển OLTC từ Xa

Việc lập trình HMI WinCC giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển OLTC từ xa. Giao diện HMI cần hiển thị đầy đủ thông tin về vị trí nấc hiện tại, điện áp đầu ra, dòng điện, và các thông số quan trọng khác. Các nút điều khiển tăng/giảm nấc, chuyển đổi chế độ điều khiển (tự động/bằng tay), và cài đặt các thông số điều khiển cũng cần được thiết kế một cách trực quan và dễ sử dụng. Ngoài ra, chức năng cảnh báo và ghi lại lịch sử hoạt động cũng rất quan trọng để theo dõi và phân tích hiệu suất của OLTC.

3.3. Truyền Thông Profinet Modbus giữa PLC HMI trong OLTC

Để đảm bảo sự giao tiếp ổn định và tin cậy giữa PLC Siemens S7-1200 và HMI WinCC, việc lựa chọn giao thức truyền thông phù hợp là rất quan trọng. Profinet là giao thức truyền thông công nghiệp phổ biến của Siemens, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng đồng bộ hóa tốt, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu thời gian thực. Modbus là giao thức truyền thông mở, dễ dàng tích hợp với các thiết bị khác nhau. Việc cấu hình và kiểm tra kết nối truyền thông cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo dữ liệu được truyền tải chính xác và kịp thời.

IV. Mô Phỏng Kết Quả Đánh Giá Hiệu Quả Điều Khiển OLTC

Rơ le điều khiển điện áp và giám sát máy biến áp REG-DA được thiết kế như một thiết bị đo lường và kiểm soát các bộ điều áp dưới tải và được dành riêng để sử dụng trong các cơ sở và lắp đặt kỹ thuật điện, nơi các chuyên gia thực hiện công việc chuyên môn như lắp ráp, cài đặt và vận hành thiết bị. REG-DA là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, giúp đảm bảo hiệu suất và an toàn trong hoạt động của máy biến áp. Rơ le REG-DA được lắp đặt như một đơn vị đo và điều chỉnh cố định để kiểm soát các thay đổi trên máy biến áp trong quá trình vận hành. Nó có khả năng đo lường các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện, nhiệt độ và vị trí nấc chuyển đổi.

4.1. Mô Phỏng OLTC trên PSCAD Đánh Giá Tính Ổn Định Hệ Thống

Sử dụng phần mềm PSCAD để xây dựng mô hình hệ thống điện, bao gồm máy biến áp, đường dây truyền tải, và phụ tải. Sau đó, tích hợp mô hình OLTC và tiến hành mô phỏng trong các điều kiện vận hành khác nhau, như thay đổi phụ tải, sự cố ngắn mạch, và biến động điện áp. Phân tích các kết quả mô phỏng để đánh giá khả năng điều chỉnh điện áp, độ ổn định của hệ thống, và tác động của OLTC đến các thiết bị khác trong hệ thống.

4.2. Vận Hành Thu Thập Dữ Liệu Chế Độ Tự Động Bằng Tay

Thực hiện vận hành thử nghiệm OLTC trong cả hai chế độ tự động và bằng tay. Trong chế độ tự động, PLC sẽ tự động điều chỉnh vị trí nấc dựa trên thuật toán điều khiển. Trong chế độ bằng tay, người vận hành sẽ trực tiếp điều khiển vị trí nấc thông qua giao diện HMI. Thu thập dữ liệu về điện áp đầu ra, dòng điện, vị trí nấc, và các thông số quan trọng khác trong quá trình vận hành. So sánh hiệu quả của hai chế độ điều khiển và đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống trong các tình huống khác nhau.

4.3. Phân Tích Dữ Liệu Đánh Giá Hiệu Suất Tối Ưu Điều Khiển

Sử dụng các phương pháp phân tích thống kê để xử lý và phân tích dữ liệu thu thập được trong quá trình vận hành. Đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển OLTC dựa trên các tiêu chí như độ chính xác, thời gian đáp ứng, và độ ổn định. Từ đó, đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thuật toán điều khiển, cải thiện hiệu suất của hệ thống, và giảm thiểu tác động tiêu cực đến các thiết bị khác trong hệ thống.

V. Bảo Trì An Toàn Các Quy Định Yêu Cầu Kỹ Thuật Cho OLTC

OLTC cần được lắp đặt và vận hành trong khoảng nhiệt độ môi trường cho phép. Môi trường hoạt động của OLTC cần có độ ẩm trong khoảng được quy định. OLTC cần có các biện pháp bảo vệ chống bụi và nước để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Kết cấu thiết bị phải cho phép lấy mẫu và thay dầu thường xuyên. Thời gian chuyển nấc không được vượt quá 10 giây với sai số không quá 20%. Bộ dẫn động phải hoạt động bình thường với điện áp từ 0,85 đến 1,1 lần so với điện áp định mức. Khi vận hành bằng tay, lực quay không được quá 200N. Chỉ được tác động một lần và chuyển một nấc với độ dài bất kì của tín hiệu điều chỉnh. Kiểm tra hoạt động của bộ điều áp trước khi đóng điện vào máy biến áp, kiểm tra bộ truyền động động cơ, đảm bảo sự đồng bộ về vị trí nấc giữa bộ truyền động và bộ điều áp dưới tải.

5.1. Lịch Trình Bảo Trì Định Kỳ Đảm Bảo Hoạt Động Ổn Định OLTC

Để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của OLTC, việc thực hiện bảo trì định kỳ là vô cùng quan trọng. Cần kiểm tra và thay thế dầu cách điện theo định kỳ, kiểm tra các tiếp điểm và cơ cấu chuyển mạch, và đảm bảo rằng bộ truyền động động cơ hoạt động trơn tru. Ngoài ra, cần kiểm tra và siết chặt các mối nối điện, và vệ sinh sạch sẽ các bộ phận của OLTC. Việc ghi lại nhật ký bảo trì và theo dõi các chỉ số vận hành giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn.

5.2. An Toàn Điện Các Biện Pháp Phòng Ngừa Sự Cố OLTC

Trong quá trình vận hành và bảo trì OLTC, an toàn điện luôn là ưu tiên hàng đầu. Cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình an toàn điện, sử dụng các thiết bị bảo hộ cá nhân, và đảm bảo rằng tất cả các thiết bị điện đã được ngắt nguồn trước khi tiến hành bất kỳ công việc nào. Ngoài ra, cần kiểm tra kỹ lưỡng các thiết bị và dụng cụ trước khi sử dụng, và đảm bảo rằng tất cả các nhân viên đều được đào tạo đầy đủ về an toàn điện.

5.3. Xử Lý Sự Cố Khắc Phục Nhanh Chóng Vấn Đề OLTC

Khi phát hiện sự cố bất thường trong quá trình vận hành OLTC, cần thực hiện các biện pháp xử lý kịp thời để tránh gây ra hậu quả nghiêm trọng. Cần xác định nguyên nhân gây ra sự cố, thực hiện các biện pháp khắc phục, và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi đưa OLTC trở lại hoạt động. Ngoài ra, cần ghi lại chi tiết về sự cố, các biện pháp khắc phục, và các bài học kinh nghiệm để tránh lặp lại các sự cố tương tự trong tương lai.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển OLTC trong Lưới Điện Thông Minh

Trong hệ thống truyền tải điện OLTC được sử dụng trong các máy biến áp truyền tải cao áp để điều chỉnh điện áp đầu ra và duy trì điện áp ổn định trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến các trạm biến áp và điểm tiêu thụ khác nhau, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải và giảm các biến động điện áp trong hệ thống. Trong hệ thống phân phối điện OLTC được sử dụng trong các máy biến áp phân phối để điều chỉnh điện áp đầu ra và duy trì chất lượng điện áp tại các khu vực tiêu thụ, như khu dân cư, khu công nghiệp và khu thương mại, giúp cân bằng tải và duy trì điện áp ổn định để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đa dạng.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Đóng Góp Giá Trị Thực Tiễn

Nghiên cứu này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về OLTC, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đến các ứng dụng thực tế và các quy trình vận hành, bảo trì. Các kết quả mô phỏng và phân tích đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng PLC Siemens S7-1200 và HMI WinCC để điều khiển và giám sát OLTC. Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn trong việc giúp các kỹ sư và nhà quản lý vận hành hệ thống điện hiểu rõ hơn về OLTC, từ đó có thể đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quả hơn.

6.2. Hướng Phát Triển Tương Lai Tối Ưu Ứng Dụng Công Nghệ Mới

Trong tương lai, OLTC sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong lưới điện thông minh. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển thông minh hơn, tích hợp OLTC với các hệ thống quản lý năng lượng, và ứng dụng các công nghệ mới như IoT và AI để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện. Ngoài ra, cần tập trung vào việc phát triển các giải pháp OLTC thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong hệ thống điện, biến động điện áp trên đường dây truyền tải ở các cấp điện áp 500kV, 220kV hay 110kV là một vấn đề phổ biến, điện áp thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến quá trình truyền tải điện, gián đoạn cung cấp điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Nguyên nhân của biến động điện áp có thể là do tải biến đổi, tác động từ bên ngoài hoặc các yếu tố khác trong hệ thống điện. Điều chỉnh điện áp là yếu tố quan trọng trong việc duy trì ổn định, đảm bảo chất lượng điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Bộ điều áp dưới tải OLTC (On – Load Tap Changer) là một giải pháp phổ biến được sử dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp. Việc điện áp được duy trì ổn định ở các cấp điện áp khác nhau trong hệ thống truyền tải, phân phối điện năng phần lớn nhờ vào hoạt động của bộ điều áp dưới tải.

Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc điều khiển, vận hành OLTC điều chỉnh điện áp, các vấn đề kỹ thuật và điều kiện hoạt động của OLTC cần được nghiên cứu và đánh giá. Điển hình là việc điều chỉnh điện áp bị mất kiểm soát, điện áp hoạt động không ổn định trong thời gian dài gây ra nhiều thiệt hại lớn về người và tài sản, hiện tượng này đã xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới Vấn đề nghiên cứu chính trong đồ án là nghiên cứu và phân tích hoạt động của bộ điều áp dưới tải OLTC. Đồ án này sẽ nghiên cứu cấu tạo nguyên lý đặc trung của OLTC, xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của OLTC, các chế độ điều áp dưới tải trên hệ thống SCADA. Dựa trên cơ sở đó, đồ án đề xuất thuật toán tự động kiểm tra, dừng khẩn khi phát hiện sự cố ngoài ý muốn và xây dựng chương trình điều khiển trên PLC S7-1200, giả lập các sự cố xảy ra để kiểm nghiệm chương trình.

Qua việc nghiên cứu vấn đề này, đồ án hướng tới mục đích đưa ra những giải pháp, đề xuất cải tiến và hướng phát triển cho bộ điều áp dưới tải, góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều chỉnh điện áp dưới tải ở các trạm 110kV/22kV. 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Nhân Bổn 1. Mục tiêu thực hiện đề tài Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc và các thành phần chính của bộ điều áp dưới tải.

Nguyên cứu phương pháp điều khiển và các thiết bị điều khiển, vận hành bộ điều áp dưới tải. Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng TIA Portal, lập trình trên PLC S7-1200, lập trình và mô phỏng các chế độ điều khiển bộ điều áp dưới tải dựa trên cấu trúc và nguyên lý hoạt động, kết hợp sử dụng phần mềm PSCAD thiết kế giao diện vận hành bộ điều áp dưới tải. Giới hạn đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, phương pháp điều khiển, phân tích đánh giá hiệu suất cũng như tác động của OLTC đến chất lượng điện năng ở cấp điện áp 110/22KV. Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp, không đi sâu vào nghiên cứu chi tiết về OLTC ở các cấp điện áp khác, không thực hiện thiết kế vận hành trên mô hình thực tế.

Tuy nhiên, sẽ xem xét các khía cạnh chính liên quan đến hiệu suất và chức năng của OLTC ở các cấp điện áp cao hơn. Thông qua những giới hạn đề tài, nghiên cứu sẽ tập trung vào những khía cạnh quan trọng nhất, đồng thời đảm bảo tính xác thực và khả thi của đề tài. Phương pháp nghiên cứu Đầu tiên, sử dụng phương pháp tìm hiểu và phân tích tài liệu tham khảo để nắm vững kiến thức cơ bản về OLTC, bao gồm sách, bài báo, báo cáo kỹ thuật và các tài liệu khác liên quan. Tìm hiểu về các nghiên cứu trước đây đã được thực hiện trong lĩnh vực này và hiểu rõ về các phương pháp, công nghệ và ứng dụng của OLTC.

Sử dụng phương pháp mô phỏng và mô hình hóa để tạo ra mô hình của bộ điều áp dưới tải và hệ thống điện liên quan. Sử dụng các phần mềm mô phỏng và mô hình hóa để phân tích hoạt động và hiệu suất của OLTC trong các điều kiện khác nhau. Mô phỏng và mô hình hóa có thể giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng và tác động của OLTC trong 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Nhân Bổn hệ thống điện.

Đồ án này sử dụng phần mềm TIA Portal HMI để tiến hành mô phỏng và mô hình hóa công nghệ vận hành OLTC. Phân tích số liệu và thống kê để phân tích các dữ liệu thu thập được từ các tài liệu tham khảo và kết quả mô phỏng. Áp dụng các phương pháp thống kê để đánh giá mối quan hệ giữa các biến số và xác định các xu hướng, mẫu chứng trong dữ liệu. Giới thiệu nội dung Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau: • Chương 2: Cơ sở lý thuyết • Chương 3: Thiết kế phần mềm • Chương 4: Kết quả mô phỏng • Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.

Nguyễn Nhân Bổn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Cấu tạo máy biến áp và vị trí bộ điều áp dưới tải trong máy biến áp Hình 2. Máy biến áp truyền tải Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản của quá trình biến đổi và truyền tải năng lượng điện từ một mức điện áp sang mức điện áp khác. Cấu tạo cơ bản cảu một máy biến áp bao gồm các thành phần chính: • Lõi thép là vật liệu dẫn từ tốt được tạo ra từ nhiều lá thép mỏng ghép lại thực hiện chức năng dẫn từ thông và làm khung đặt dây quấn.

• Cuộn dây sơ cấp được kết nối với nguồn điện và nhận điện áp đầu vào. • Cuộn dây thứ cấp được kết nối với tải để cung cấp điện áp đầu ra. • Vỏ máy biến áp bao gồm nắp và thùng có công dụng bảo vệ các phần tử bên trong máy biến áp. Ngoài những thành phần trên, máy biến áp trong hệ thống truyền tải điện còn có một thiết bị không thể thiếu thực hiện chức năng điều chỉnh và ổn định điện áp đầu ra của máy biến áp đó là bộ điều áp dưới tải OLTC.

4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Nhân Bổn Hình 2. Vị trí Bộ điều áp dưới tải bên trong máy biến áp 2. Tổng quan về bộ điều áp dưới tải OLTC 2.

Giới thiệu Hình 2. OLTC loại Vacutap VVS của hãng MR Một trong những thành phần chính của máy biến áp là bộ điều áp dưới tải OLTC, là một cơ chế điều chỉnh tỉ số máy biến áp được lắp đặt ở trong máy biến áp. Với một bộ điều áp dưới tải tỉ số máy biến áp có thể thay đổi theo từng bước bằng cách tăng hoặc giảm số vòng dây. Bộ điều áp dưới tải ngày càng trở nên quan trọng trong việc điều chỉnh máy biến áp cũng như vận hành hệ thống lưới điện, ngày nay hầu hết các loại máy biến áp lực 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.

Nguyễn Nhân Bổn điều được trang bị bộ điều áp dưới tải với công nghệ hiện đại. Các bộ OLTC đã cải tiến đáng kể hiệu quả hoạt động của hệ thống điện và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Vai trò của OLTC trong máy biến áp rất quan trọng cho phép máy biến áp được điều chỉnh để cung cấp điện áp ổn định và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của các thiết bị, hệ thống và người dùng cuối. Nếu điện áp đầu ra của máy biến áp không được điều chỉnh đúng cách có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy biến áp và gây nguy hiểm cho hệ thống điện.

OLTC được thiết kế để hoạt động trên tải (on-load), tức là có thể điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp trong khi hệ thống đang hoạt động bình thường và không làm gián đoạn quá trình cung cấp điện. Điều này làm cho OLTC trở thành một phần quan trọng của hệ thống điện và giúp đảm bảo hoạt động ổn định của máy biến áp. Hiện nay, hãng MR đã chế tạo và sản xuất nhiều loại bộ điều áp dưới tải với những công nghệ tiên tiến, tăng hiệu suất hoạt động của máy biến áp lên đáng kể trong đó việc ứng dụng công nghệ chân không vào bộ điều áp dưới tải đã mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. OLTC VACUTAP VVS là loại OLTC chân không đặt trong thùng máy biến áp, VACUTAP VVS được sử dụng trong máy biến áp 110kV/22kV với các thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng 2.

Thông số kỹ thật OLTC VACUTAP VVS Số pha 3 Dòng điện tối đa định mức (A) 400 Dòng cắt ngắn mạch định mức (kA) 4 Thời gian ngắn mạch định mức (s) 3 Dòng chịu đựng tối đa (kA) 10 Điện áp bước tối đa định mức (V) 1300 Công suất (kVA) 400 Tần số định mức (Hz) 50 – 60 Số vị trí nấc 19 Bộ truyền động động cơ TAPMOTION ED, ETOS ED 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Nhân Bổn 2. Sơ đồ đấu nối cuộn dây cơ bản Bộ điều áp dưới tải thực hiện thay đổi tỉ số máy biến áp bằng việc tăng hoặc giảm số vòng dây của cuộn dây sơ cấp. Tùy theo hệ thống và các thông số thiết kế máy biến áp mà các sơ đồ đấu nối OLTC được sử dụng.

Các kiểu đấu nối cơ bản hiện nay được thể hiện trong hình 2.5 bao gồm: (1) – Kiểu tuyến tính (2) – Kiểu đảo cực đơn (3) – Kiểu đảo cực đôi (4) – Kiểu điều chỉnh tinh, thô (kiểu đơn) (5) – Kiểu điều chỉnh tinh, thô (kiểu đa) Hình 2. Sự bố trí cơ bản của cuộn dây phân nấc (sơ đồ một pha) OLTC VACUTAP VVS sử dụng sơ đồ đấu nối kiểu tuyến tính đảm bảo thiết kế nhỏ gọn, cơ cấu chuyển mạch đơn giản, kích thước phù hợp với máy biến áp. 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Nhân Bổn 2.

Cấu tạo bộ điều áp dưới tải Cấu tạo chung của bộ điều áp dưới tải bao gồm các thành phần cơ bản sau: • Bộ chọn nấc. • Bộ công tắc đảo mạch. • Bộ truyền động. Cấu tạo bộ điều áp dưới tải Hiện nay, trong các hệ thống truyền tải điện cũng như trên thị trường có rất nhiều loại OLTC được thiết kế với các đặt trưng riêng về kết cấu để phù hợp với yêu cầu hoạt động của từng hệ thống.

8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.