Giải pháp chuyển đổi các trạm biến áp 500kv từ hệ thống điều khiển truyền thống sang hệ thống điều khiển tích hợp

Nội dung text: Giải pháp chuyển đổi các trạm biến áp 500kv từ hệ thống điều khiển truyền thống sang hệ thống điều khiển tích hợp

1. GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI CÁC TRẠM BIẾN ÁP 500kV TỪ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THỐNG SANG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP THE CHANGE SOLUTION FOR THE 500 KV SUBSTATIONS FROM THE CONVENTIONAL CONTROL SYSTEM INTO INTEGRATED ONE Trần Khánh Trung Học viên cao học Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Tại Việt Nam, hiện nay việc cải tạo / chuyển đổi hệ thống điều khiển kiểu truyền thống sang hệ thống điều khiển tích hợp đang được triển khai thực hiện với các trạm có cấp điện áp từ 220 kV trở xuống. Đối với các trạm biến áp có cấp điện áp 500 kV chưa từng thực hiện. Do đó, việc nghiên cứu đề xuất giải pháp chuyển đổi / nâng cấp hệ thống điều khiển đối với trạm biến áp có cấp điện áp 500 kV mang lại ý nghĩa hết sức quan trọng và thiết thực, phù hợp với định hướng phát triển của Tập đoàn Điện lực Việt Nam giai đoạn 2016 – 2020. Với phương pháp nghiên cứu: tìm hiểu công nghệ điều khiển tích hợp và tự động hóa trạm biến áp; phân tích hiện trạng, nhận diện các đối tượng cần cải tạo, nâng cấp; đưa ra các phương án, giải pháp và lựa chọn phương án phù hợp nhất cho việc chuyển đổi, nâng cấp hệ thống điều khiển tại các trạm biến áp 500 kV ở Việt Nam, tác giả đã xây dựng được giải pháp chung và phương án khả thi phù hợp với điều kiện thực tế, đáp ứng mục tiêu nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, hiệu quả trong công tác quản lý vận hành với chi phí đầu tư thấp nhất và đảm bảo an ninh mạng. Từ khóa: Hệ thống điều khiển truyền thống; Hệ thống điều khiển tích hợp; Tự động hóa trạm biến áp; An ninh mạng. ABSTRACT These days, in Viet Nam the transformation and renovation to the voltage level below 220 kv substations from the conventional control system into integrated one has been implemented. But the voltage level of 500 kv substations up to now haven't been performed yet. So a study to propose a solution for transforming or upgrading the control system for 500 kv substations is very important, practical and suitable for the development orientation of Viet Nam Electricity Corporation from 2016 to 2020. With the research method of studying integrated control technology and automatic substations, analyzing actual state, identifying objects that need to be renovated and up-grated; offering projects, solution and choosing the most suitable plan for the transformation, upgrading the control system of 500 kv substations in Viet Nam . The writer has developed a common solution and a feasible project which is suitable for practical conditions, meet the target to improve the reliability of the power supply system with operation and management in the lowest investment cost and ensure network security. Keywords: Ttraditional control system; Integrated control system; Automatic substations; Network security. 1
2. 1. TỔNG QUAN điều khiển tích hợp tại Việt Nam đang được Hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến triển khai thực hiện với các trạm có cấp điện áp - Integrated Substation Control System áp từ 220 kV trở xuống. Đối với các trạm được viết tắt ISCS có kiến trúc như Hình 1. biến áp có cấp điện áp 500 kV chưa từng thực hiện. Do đó, việc nghiên cứu đề xuất giải pháp chuyển đổi / nâng cấp hệ thống điều khiển đối với trạm biến áp có cấp điện áp 500 kV mang lại ý nghĩa hết sức quan trọng và thiết thực, phù hợp với định hướng phát triển của Tập đoàn Điện lực Việt Nam giai đoạn 2016 – 2020: đẩy nhanh kế hoạch xây dựng các trạm biến áp không người trực và các trung tâm điều khiển xa tại các Tổng Công ty Điện lực và Tổng Công ty Truyền tải điện quốc gia. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 1. Hệ thống ISCS - Tìm hiểu công nghệ điều khiển tích hợp và Trên thế giới, hệ thống ISCS xuất hiện từ tự động hóa trạm biến áp. những năm 1990 khi các trạm biến áp bắt đầu - Phân tích hiện trạng, nhận diện các đối sử dụng rơ le số thay thế cho các rơ le điện - tượng cần cải tạo, nâng cấp thông qua việc cơ và rơ le bán dẫn và thực sự phát triển từ khảo sát thực tế về vai trò, quy mô, sơ đồ năm 2004 khi Tổ chức Kỹ thuật điện quốc tế nối điện chính và hiện trạng của hệ thống ban hành tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850. điều khiển, SCADA, rơ le bảo vệ và tự Hiện nay, việc ứng dụng hệ thống ISCS cho dùng trong các trạm biến áp 500kV tại Việt trạm biến áp truyền tải và phân phối đang là Nam đang sử dụng hệ thống điều khiển xu hướng chung của thế giới nhằm giảm chi truyền thống. phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. - Đề ra các phương án, giải pháp, phân tích tính kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương Tại Việt Nam, hệ thống ISCS đầu tiên án phù hợp nhất cho việc chuyển đổi, nâng được nghiệm thu đưa vào vận hành tại Trạm cấp hệ thống điều khiển tại các trạm biến biến áp 220kV Vĩnh Long 2 năm 2001 theo áp 500 kV ở Việt Nam nhằm nâng cao độ giao thức truyền thông IEC - 60870, bắt đầu tin cậy cung cấp điện với chi phí đầu tư cho cho quá trình chuyển biến trong công tác vận việc chuyển đổi / nâng cấp là thấp nhất và hành hệ thống điện của Tập đoàn Điện lực đảm bảo an ninh mạng. Việt Nam (EVN). Tuy nhiên, tính đến hết tháng 7 năm 2016 vẫn còn tồn tại rất nhiều 3. HIỆN TRẠNG CỦA CÁC TRẠM 500 các trạm biến áp 110 kV, 220 kV và 500 kV kV TRUYỀN THỐNG TẠI VIỆT đang sử dụng hệ thống điều khiển theo kiểu NAM truyền thống như chỉ trong Bảng 1. Các Trạm biến áp 500 kV truyền thống Bảng 1. Số lượng các TBA và kiểu điều khiển tại Việt Nam gồm Hòa Bình, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku và Phú Lâm. Ngoại trừ Trạm Kiểu TBA TBA TBA 110 kV điều 500 220 miền miền miền 500 kV Phú Lâm đã cải tạo hệ thống điều khiển kV kV Bắc Trung Nam khiển các ngăn lộ 110 kV, 220 kV sang điều Truyền khiển tích hợp vào năm 2006 và 2008 thì đặc 5 30 161 58 278 thống điểm chung ban đầu của các trạm này đều sử Tích 21 67 10 28 5 dụng hệ thống điều khiển kiểu truyền thống hợp có cấu trúc như chỉ trong Hình 2. Tổng số 26 97 171 86 283 trạm Hiện nay việc cải tạo / chuyển đổi hệ thống điều khiển truyền thống sang hệ thống 2
3. Phòng điều khiển * Hệ thống rơ le bảo vệ: Tủ điều khiển Tủ rơ le bảo vệ Tủ cấp nguồn Bảng điểu khiển DC - AC Vẫn còn một số rơ le loại bán dẫn không có các chức năng đo lường, ghi sự kiện sự cố, ghi nhiễu loạn, đồng bộ thời gian , rơ le số Tủ đấu dây Tủ đấu dây thế hệ cũ không có cổng truyền thông hoặc có trung gian trung gian cổng truyền thông theo các giao thức cũ. Đặc biệt là các trạm này qua nhiều lần cải tạo, mở Tủ truyền Tủ truyền Tủ truyền Tủ truyền động động động động rộng nên hệ thống rơ le bảo vệ đa chủng loại, của nhiều nhà sản xuất khác nhau do đó không đồng bộ, gây khó khăn trong việc kết nối, điều tra phân tích sự cố hoặc lấy thông tin sự cố từ xa. Thiết bị Thiết bị Thiết bị Thiết bị nhất thứ nhất thứ nhất thứ nhất thứ 4. GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI, NÂNG Hình 2. Cấu trúc chung của các trạm 500 kV CẤP THÀNH TRẠM ĐIỀU KHIỂN kiểu truyền thống TÍCH HỢP Trải qua hơn 23 năm vận hành, cùng với Thông qua việc phân tích hiện trạng, sự phát triển của lưới truyền tải và nguồn điện, nhận diện các đối tượng cần cải tạo, nâng cấp; hầu hết 5 trạm biến áp 500 kV này đều có đề xuất các phương án cải tạo; phân tích kinh những thay đổi lớn về mặt quy mô, diện tích, tế - kỹ thuật giữa các phương án; lựa chọn dung lượng máy biến áp và sơ đồ nối điện. phương án phù hợp nhất. Tác giả đã xây dựng Tuy nhiên hệ thống điều khiển, bảo vệ rơ le, được giải pháp chung đáp ứng được mục tiêu SCADA của các trạm này vẫn còn lạc hậu với nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và hiệu quả những nhược điểm và hạn chế sau: trong công tác quản lý vận hành với chi phí đầu tư thấp nhất và đảm bảo an ninh mạng, cụ * Hệ thống điều khiển: thể như sau: - Khả năng tự động hóa thấp vì hệ thống * Hệ thống điều khiển: không có chức năng tự giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển chung. - Tháo dỡ toàn bộ hệ thống tủ bảng điều - Việc thu thập các thông số vận hành và dữ khiển hiện hữu. liệu sự cố phải thực hiện bằng tay, không - Trang bị hệ thống điều khiển tích hợp mới được đồng bộ thời gian với GPS nên độ gồm: hệ thống máy tính, bộ điều khiển chính xác không cao, khả năng phân tích mức ngăn sử dụng BCU có giao thức và xử lý dữ liệu bị hạn chế. truyền thông IEC 61850 và hệ thống mạng - Việc quản lý rất khó khăn do thiếu các dữ LAN để thực hiện các chức năng giám sát, liệu chính xác được cập nhật kịp thời. điều khiển và thu thập dữ liệu theo thời - Lượng cáp nhị thứ phục vụ cho mạch điều gian thực, Hình 3, 4. khiển rất nhiều, tìm ẩn nguy cơ sự cố do chạm chập về mạch nhị thứ. * Hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA sử dụng công nghệ cũ dùng các tủ SIG (Supervisory Interface Cubicle), RTU (Remote Terminal Unit) có quá nhiều rơ le trung gian để lặp lại tín hiệu trạng thái thiết bị cũng như dùng nhiều các Transducer dòng /áp để truyền tín hiệu dòng điện, điện áp và công suất nên vận hành không ổn định, thiếu tin cậy. Hình 3. Hệ thống điều khiển tích hợp dùng BCU có giao thức truyền thông IEC 61850 3
4. - Trang bị hệ thống mạng LAN thực hiện kết nối hệ thống rơ le bảo vệ với hệ thống máy tính điều khiển để thông qua giao diện HMI của hệ thống máy tính có thể giám sát tình trạng làm việc của rơ le (tác động, cảnh báo ), thu thập dữ liệu thông tin sự kiện, sự cố và chỉnh định rơ le. Hình 4. BCU kiểu chuyên dụng hoặc rơ le số * Hệ thống tự dùng: - Trang bị các Firewall, sử dụng giao thức IPSec (Internet Protocol Security) để đảm - Giữ nguyên hệ thống tự dùng AC / DC bảo an ninh mạng thông qua việc xác thực hiện hữu vì đã đáp ứng đủ công suất cho và mã hóa dữ liệu trên đường truyền, Hình việc nâng cấp chuyển sang hệ thống điều 5. khiển tích hợp. - Trang bi thêm 01 tủ nghịch lưu 220 VDC / 230 VAC để đảm bảo cấp nguồn nuôi ổn định, liên tục cho hệ thống máy tính điều khiển. 5. KẾT LUẬN Thông qua việc nghiên cứu đề xuất giải pháp chuyển đổi / nâng cấp hệ thống điều Hình 5. Giải pháp bảo mật kết nối thông tin khiển truyền thống tại các trạm biến áp từ Trung tâm đến trạm 500kV trong hệ thống điện Việt Nam sang * Hệ thống SCADA: công nghệ điều khiển tích hợp, tác giả đã xây - Tháo dỡ toàn bộ hệ thống tủ bảng SCADA dựng được giải pháp chung và phương án hiện hữu. khả thi phù hợp với điều kiện thực tế để cải - Trang bị máy tính Gateway để kết nối tạo, nâng cấp hệ thống điều khiển của trạm mạng WAN với các Trung tâm Điều độ biến áp 500 kV truyền thống tại Việt Nam phù theo giao thức truyền thông IEC hợp với các quy định của ngành, tận dụng 61850-5-101 và IEC 61850-5-104, Hình 6. được tối đa các thiết bị hiện hữu, giảm chi phí đầu tư - khoảng 67% so với đầu tư mới toàn bộ, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật: nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống – suất sự cố giảm khoảng 84 % và đảm bảo an ninh mạng. Việc triển khai hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp có nhiều thuận lợi và tốt hơn so với hệ thống kiểu truyền thống, tuy nhiên, do các đơn vị chủ quản chưa làm chủ được Hình 6. Sơ đồ hệ thống truyền tin SCADA công nghệ phần mềm điều khiển nên trong sử dụng máy tính Gateway / RTU quá trình vận hành việc sửa chữa, bảo dưỡng * Hệ thống rơ le bảo vệ: hoặc đầu tư, nâng cấp thiết bị tại các trạm - Thay thế các rơle bảo vệ đã lạc hậu (rơ le biến áp điều khiển tích hợp còn phụ thuộc rất lớn vào các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ. bán dẫn, rơ le bảo vệ số thế hệ cũ không theo giao thức truyền thông IEC61850 Do đó để việc cải tạo nâng cấp hệ thống hoặc IEC 60870-5-103 và các rơ le đã vận điều khiển tại các trạm biến áp 500 kV giảm hành trên 20 năm), giữ lại các rơ le bảo vệ được chi phí tối đa, cần tập trung nghiên cứu số đã theo tiêu chuẩn IEC 61850 hoặc IEC thêm về công nghệ phần mềm điều khiển để 60870-5-103 nhằm tiết kiệm chi phí đầu có thể tạo ra sản phẩm phần mềm điều khiển tư. mang tính trí tuệ của người Việt. 4
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tạp chí Công Thương, ngày 24/04/204 với tiêu đề: EVNNPT hướng tới quản lý vận hành hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp. [2] Chỉ thị số 1874/CT-EVN ngày 19/05/2015 của Tập đoàn Điện lực Việt nam về công tác quản lý lưới điện năm 2015 và giai đoạn 2016-2020, mục 5 – (iv), trang 7. [3] Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc Phê duyệt đề án phát triển Lưới điện Thông minh tại Việt Nam. [4] Quyết định số 176/QĐ-EVN ngày 04/03/2016 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc ban hành Quy định Hệ thống điều khiển trạm biến áp 500kV, 220kV, 110kV trong Tập đoàn Điện lực quốc gia Việt Nam, trang 5, 6, 7. [5] J. D. McDonald, “Substation Automation Basics—The Next Generation”, Electric Energy T&D Magazine, 2007. [6] IEC, “Basic communication structure for substation and feeder equipment”, IEC 61850-7. [7] C.R.Ozansoy, A.Zayegh, A.Kalam, “Communications for substation automation and integration”, Victoria University of Technology, PO Box 14428 MC, Melbourne 8001. [8] GE DigitalEnergy, “Integrated Substation Control System (iSCS), IEC 61850 - based Substation Automation Solutions”, 2010. [9] ABB Group R&D and Technology, “Review Special Report, IEC 61850”, August 2010. [10] ALSTOM, “Network protection & automation guide”, Edition may 2011. [11] ABB Group, “Substation Automation Process Bus System design and experiences with IEC 61850-9-2 and NCITs”, 2 August 2012. [12] IEEE PES, “Centralized Substation Protection and Control”, Report of Working Group K15 of the Substation Protection Subcommittee, December 2015. [13] Eric A. Udren, “Protection and Control Communication with IEC 61850”, Quanta Technology LLC, March 2013. [14] John E. Canavan, “Fundamentals of Network Security”, ARTECH HOUSE INC, 2001. [15] Miguel Soriano, “Information and Network Security”, Czech Technical University in Prague, 2012. Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: Họ tên: Trần Khánh Trung Đơn vị: Truyền tải điện Gia Lai Điện thoại: 0962009779 Email: trungtkvn@gmail.com 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.