TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG ĐIỆN ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VẬN HÀNH CÁC TRẠM
BIẾN ÁP
RESEARCHING COMPUTER GUIDE TO BUILD CONTROLLING
AND SUPERVISING SYSTEMS FOR OPERATING SUBSTATIONS
NGÔ VĂN DƯỠNG – HUỲNH VĂN KỲ
Đại học Đà Nẵng
LÊ ĐÌNH DƯƠNG
Trường Đại học Bách khoa
TÓM TẮT
Công nghệ điều khiển hệ thống điện (HTĐ) bằng máy tính (Computer guide) đang
được áp dụng rộng rãi trên thế giới để tự động hoá quá trình vận hành hệ thống
điện. Do đặc điểm của Hệ thống điện Việt Nam (HTĐVN) còn tồn tại nhiều chủng
loại thiết bị khác nhau và đa số các dao cách ly (DCL) đều truyền động đóng cắt
bằng tay nên việc sử dụng công nghệ nêu trên với các thiết bị ngoại nhập để cải
tạo nâng cấp thì chi phí khá cao. Bài báo trình bày một giải pháp áp dụng công
nghệ điều khiển để xây dụng phần mềm và sử dụng các thiết bị lắp ráp trong
nước để cải tao nâng cấp các trạm biến áp (TBA) công suất nhỏ và có cấp điện
áp bé hơn 220 kV.
ABSTRACT
Computer guide is applying spaciously all over the world to automate operating
process of power systems. Vietnam’s Power System has a characteristic that
many devices with different types exist in it and most disconnectors are driven to
switch by hand so using above technology with imported devices to improve and
upgrade substations is rather expensive. This article presents a solution which
applies controlling technology to build software and use inland devices to improve
and upgrade substations with small capacity and voltage lower than 220 kV.
1. Đặt vấn đề
Trong quản lý vận hành hệ thống điện nói chung, TBA nói riêng, các công
ty thường tìm những giải pháp nhằm giảm chi phí vận hành đến mức thấp nhất
như: Tự động hoá TBA để giảm số nhân viên vận hành; điều khiển và giám sát từ
xa để phát hiện và xử lý nhanh sự cố nhằm giảm thiểu thời gian mất điện; xây
dựng những phần mềm tự động thao tác với những ràng buộc khống chế tránh thao
tác nhầm… Công nghệ điều khiển hệ thống điện bằng máy tính đã hổ trợ tích cực
cho các giải pháp trên, tuy nhiên để sử dụng được công nghệ này thì cần phải đầu
tư các bộ thu thập cung cấp thông tin và tất cả các thiết bị đóng cắt đều có bộ
truyền động đóng cắt điều khiển từ xa (đặc biệt là các dao cách ly). Như vậy, cần
52
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008
phải tăng vốn đầu tư nhưng khoản kinh phí này sẽ được bù đắp nhanh chóng nhờ
giảm chi phí vận hành.
Do đặc điểm hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn lịch sử khác nhau
nên trong HTĐVN đang tồn tại nhiều chủng loại thiết bị và nhiều cấp điện áp vận
hành khác nhau nên gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình quản lý vận hành hệ
thống [5]. Công nghệ điều khiển hệ thống điện đã bắt đầu được áp dụng ở một số
nhà máy điện và các trạm biến áp 220 kV để thực hiện tự động hoá quá trình vận
hành. Đối với các TBA có cấp điện áp bé hơn 220 kV, công suất nhỏ (chiếm 3/4
tổng công suất lắp đặt của các TBA trong toàn hệ thống) đều không có người trực
và thao tác đóng cắt bằng tay. Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cần thiết phải
cải tạo nâng cấp các TBA này. Tuy nhiên, nếu sử dụng công nghệ và thiết bị nhập
ngoại thì giá thành cao làm giảm hiệu quả đầu tư. Bài báo trình bày kết quả nghiên
cứu tìm giải pháp hợp lý để áp dụng công nghệ điều khiển hệ thống điện nhằm cải
tạo nâng cấp các TBA nêu trên theo hướng tự động hoá quá trình điều khiển và
giám sát vận hành.
2. Hiện trạng thiết bị đóng cắt và công nghệ điều khiển đang sử dụng trong
HTĐVN
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, trong những năm qua Tổng công ty
Điện lực Việt Nam đã từng bước thay thế và đồng bộ hoá các thiết bị đóng cắt.
Trước đây, tại các TBA là thiết bị cũ của Liên Xô, các máy cắt lắp đặt trên lưới là
loại máy cắt không khí BBbT, máy cắt dầu BMT. Hiện nay, các máy cắt được sử
dụng chủ yếu là loại máy cắt SF6; các máy cắt không khí và máy cắt dầu ở lưới
phân phối cũng dần dần được thay thế bằng các loại mới là máy cắt SF6 hoặc máy
cắt chân không của các hãng như Alstom, Siemens, ABB, Sel, Areva, Trench,...
Các thiết bị này có một đặc điểm nổi bật là độ tin cậy cao, chi phí bảo dưỡng thấp
và khắc phục được các nhược điểm của các thiết bị cũ trước đây; phía 22 kV sử
dụng máy cắt hợp bộ. Một số dao cách ly (DCL) ở phía 110 kV và 35 kV được sử
dụng trước đây vẫn tồn tại và chủ yếu là thao tác bằng tay, không có bộ truyền
động hoặc có trước đó nhưng hiện nay đã hỏng, chưa được thay thế và cải tạo do
đó không thể áp dụng cho việc điều khiển và giám sát vận hành tự động. [5]
Các TBA mới xây dựng gần đây hầu hết được trang bị các thiết bị đóng cắt
thế hệ mới và có thể sử dụng cho việc điều khiển và giám sát vận hành tự động và
đang sử dụng các công nghệ của nước ngoài như: LSA, SICAM SAS (Siemens),
SCS/SMS, Micro SCADA (ABB), PACIS (Areva), SEL… Các TBA đã xây dựng
trước đây với các thiết bị đóng cắt thế hệ cũ đặc biệt là các DCL, để áp dụng điều
khiển và giám sát vận hành tự động thì cần phải cải tạo lại cho phù hợp.
Như vậy, phần lớn các TBA thuộc HTĐVN có cấp điện áp dưới 220kV sử
dụng hệ thống điều khiển và giám sát vận hành là hệ thống bảng điều khiển cổ
truyền bằng vặn khóa, các đồng hồ chỉ thị kim tại phòng điều khiển và thực hiện
liên động qua các tiếp điểm phụ của DCL, máy cắt và các rơle trung gian, các
TBA nhỏ thì không có người trực. Các thiết bị này hầu hết đã vận hành lâu năm và
53
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008
một số TBA sử dụng các thiết bị tồn kho của các công trình khác để lại, trong khi
đó, nhu cầu phụ tải trong giai đoạn này tăng nhanh, lưới điện đã bộc lộ nhiều
khiếm khuyết. Tại nhiều TBA các thiết bị đóng cắt không được đồng bộ, nhiều
chủng loại khác nhau dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo dưỡng, thay thế cũng
như cải tạo nâng cấp để thực hiện tự động hoá trạm hoặc ứng dụng công nghệ điều
khiển và giám sát vận hành bằng máy tính. [5]
3. Tính toán thiết kế, chế tạo bộ truyền động đóng cắt dao cách ly bằng động
cơ điện
Để áp dụng công nghệ điều
khiển hệ thống điện bằng máy tính
thực hiện tự động hoá cho các TBA
thuộc HTĐVN thì yêu cầu các thiết bị
trong trạm đặc biệt là các thiết bị đóng
cắt phải có khả năng thao tác tự động.
Các DCL đang sử dụng trong các
TBA thuộc HTĐVN có rất nhiều
chủng loại khác nhau và phần lớn
được thao tác bằng tay. Do đó, một
yêu cầu đặt ra là phải cải tạo các bộ
truyền động DCL để thực hiện thao
tác bằng động cơ điện.
Các hệ thống truyền động đóng
cắt DCL bằng động cơ điện thường có
ba dạng đặc trưng là dạng A, B và C [4]. Thực tế sơ đồ truyền động dạng A (hình
1) với bộ truyền động hai cấp: Cấp một dùng bộ bánh răng trụ răng thẳng và cấp
hai dùng bộ trục vít - bánh vít được sử dụng rất phổ biến trên lưới điện do những
ưu điểm nổi trội của hệ
thống truyền động dùng
bánh răng trụ-răng thẳng
và trục vít-bánh vít. Vì
vậy, bài báo chọn sơ đồ
dạng A để nghiên cứu tính
toán thiết kế chế tạo bộ
truyền DCL.
Hình 1 : Sơ đồ truyền động DCL dạng A
1. Động cơ điện
2. Hộp giảm tốc
3. Tay quay
N1: Trục động cơ
N2: Trục trục vít
N3: Trục bánh vít
Các bước tính toán
thiết kế bộ truyền động
bao gồm: Tính chọn động
cơ; phân phối tỷ số truyền;
thiết kế bộ truyền động
bánh răng trụ, răng thẳng;
thiết kế bộ truyền trục vít. Hình 2 - DCL th
ự
c tế t
ạ
i TBA th
ự
c t
ập
54
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008
Trên cơ sở các bước tính toán xây dựng được sơ đồ thuật toán và viết được chương
trình tính toán thiết kế bộ truyền động DCL [4].
Chương trình này được ứng dụng để tính toán cải tạo các DCL tại TBA
thực tập khoa Điện, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng (TBA-KĐ). Các
DCL được sử dụng là loại DN do Công ty thiết bị Đông Hưng sản xuất với hệ
thống truyền động cơ khí, thao tác bằng tay, lưỡi dao mở ngang. Sau khi tính toán
thiết kế đã chế tạo được bộ truyền động đóng cắt DCL để lắp đặt điều khiển đóng
cắt cho các DCL loại DN nêu trên như hình 4.
A
Hình 4 - Bộ truyền động
đóng cắt DCL bằng điện
Bách gắn bộ truyền
thao tác DCL
Bộ truyền động DCL
bằng động cơ điện
A
Hình 3 - Bản vẽ thiết kế bộ truyền
động đóng cắt DCL bằng động cơ điện
4. Áp dụng cải tạo nâng cấp TBA thực tập khoa Điện, trường Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng
D1
4.1. Hiện trạng TBA thực tập khoa
Điện
100-1
C12
100
100-9
131-1
T1
171-1
1319
131
131-3
171
171-7
171-9
Để phục vụ cho việc thực tập
quản lý vận hành TBA cho sinh viên
chuyên ngành hệ thống điện, Đại học
Đà Nẵng đã đầu tư xây dựng TBA
110 kV, 25 MVA. Sơ đồ nối điện
dạng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có
thanh góp vòng như hình 5. Thiết bị
đóng cắt sử dụng loại máy cắt dầu và
dao cách ly loại DN. Tác giả đã chọn
TBA này để áp dụng kết quả đã
nghiên cứu nhằm cải tạo để thực hiện
điều khiển và giám sát vận hành bằng
máy tính (Computer guide).
131-2 171-2 112-2
112-1
112
100-2
110kV
22kV
C11
C19
Hình 5 - Sơ đồ nối điện
chính TBA thực tập
55
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008
4.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển và giám sát TBPP điện năng
Để thực hiện quá trình điều khiển và giám sát vận hành các thiết bị phân
phối (TBPP) điện năng trong TBA tác giả đã khảo sát thực tế sơ đồ nối điện của
TBA, nghiên cứu quy trình thao tác hệ thống điện hiện hành [6, 7] để xây dựng sơ
đồ thuật toán giám sát vận hành (hình 6), sơ đồ thuật toán khống chế tránh thao tác
nhầm (hình 7) và sơ đồ thuật toán tự động điều khiển quá trình thao tác khi cần
kiểm tra sửa chữa thiết bị (hình 8).
4.3. Chương trình điều khiển và giám sát TBPP điện năng
Trên cơ sở sơ đồ thuật toán đã xây dựng được chương trình ACSTA để
điều khiển và giám sát vận hành cho TBA-KĐ. Chương trình có các chức năng
sau:
- Điều khiển thao tác: Cho phép dùng chuột để thực hiện thao tác các thiết
bị đóng cắt (hình 9), khi lệnh thao tác sai thì chương trình sẽ không thực
hiện và thông báo lỗi (hình 10).
Hình 9: Màn hình ĐK thao tác Hình 10: Màn hình thôn
g
báo lỗi
Hình 6: Thuật toán
giám sát vận hành
Hình 7 : Thuật toán
khống chế thao tác
Hình 8: Thuật toán
tự động ĐK thao tác
Nhận số liệu
Bắt đầu
Gán
g
iá t
r
ị cho biến
Tiếp tục
S
Đ
Dừng
Hiển thị trạng thái
Ki
ể
m
t
r
a
t
r
ạ
n
g
t
h
á
i
s
ơ
đ
ồ
Bắt đầu
L
ệ
nh
t
h
ao
tác
Th
hi
n
t
h
ao
tác
Báo lỗi
Kiểm tra điều kiện
răng buộc
Tiếp tục
S
S
Đ
Đ
D
ừng
Kiểm tra trạng thái sơ đồ
Bắt đầu
Lệnh thao tác sửa chữa hoặc phục hồi
t
ự động thiếtbị
Thôn
g
báo
Th
ự
c hi
ệ
n
q
u
y
t
Tiếp tục
S
Đ
r
ình thao tác
Dừng
56