ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC THUỘC CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN HỮU HIẾU Phản biện 1: GS TS Lê Kim Hùng Phản biện 2: TS Lê Thị Tịnh Minh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 03 tháng 06 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: • Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa • Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài - Để đáp ứng nhu cầu lượng phục vụ phát triển kinh tế xã hội Đất Nước thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 Việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lĩnh vực Truyền tải điện nhu cầu cấp thiết hướng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm cố lưới điện, nâng cao chất lượng điện năng, giảm chi phí vận hành, phục vụ nhu cầu phát triển Đất Nước - Theo quy hoạch phát triển lưới điện thơng minh EVN đến năm 2020 toàn Trạm biến áp chuyển từ chế độ vận hành có người trực sang chế độ vận hành không người trực trung tâm điều khiển xa Việc kiểm tra giám sát thiết bị chế độ vận hành bình thường giám sát thiết bị chế chế độ thao tác cần phải áp dụng công nghệ giám sát thay người trực vận hành chỗ - Hiện nay, việc thu thập thông tin vận hành Trạm biến áp không người trực trung tâm điều khiển xa thực thông qua hệ thống SCADA, hệ thống thu thập công tơ điện tử theo thời gian thực (MDMS) camera quan sát an ninh Tuy nhiên số liệu cần phải người thực như: Giám sát tình trạng phát nhiệt kẹp cực thiết bị, biến điện áp, biến dòng điện, sứ MBA, ; Giám sát thao tác thiết bị - Với lý nêu đề tài đề xuất giải pháp xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực Trung tâm vận hành Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Áp dụng công nghệ giải pháp tự động hóa để nâng cao khả giám sát điều khiển lưới điện truyền tải, giảm số lượng nhân viên vận hành Trạm biến áp 220kV, 500kV; giảm thời gian thao tác, điện; hạn chế sai sót, cố chủ quan; nâng cao suất lao động, giảm chi phí vận hành; nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo vận hành an toàn lưới điện truyền tải Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Mơ hình trạm biến áp khơng người trực trung tâm vận hành - Hệ thống thơng tin, tín hiệu giám sát điều khiển thiết bị - Quá trình phát nhiệt mối nối tiếp xúc kẹp cực thiết bị, TU, TI Trạm biến áp 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Trạm biến áp không người trực trung tâm vận hành lưới Công ty Truyền tải điện Nội dung luận văn - Mơ hình Trạm biến áp không người trực trung tâm vận hành - Thống kê cố lưới điện Truyền tải, Phân tích cố đề giải pháp hạn chế cố - Thiết kế, xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực lưới điện Truyền tải nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện - Mơ hình áp dụng vào thực tế vận hành Tên Đề tài: Căn vào mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài đặt tên sau: “Nghiên cứu xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành trạm biến áp không người trực Công ty Truyền tải điện 2” VI Bố cục luận văn: Nội dung luận văn biên chế thành chương, mục sau: Chương 1: Tổng quan trạm không người trực Chương 2: Mơ hình triển khai trạm khơng người trực cơng ty Truyền tải điện Chương 3: Thiết kế, xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành trạm biến áp khơng người trực Chương 4: Mơ hình áp dụng trạm biến áp 220kV Quảng Ngãi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC 1.1 Giới Thiệu Thực chủ trương EVN việc nâng cao lực tự động hóa lưới điện, số trạm biến áp quan trọng lưới trang bị hệ thống điều khiển bảo vệ tích hợp máy tính, bước xây dựng trung tâm điều khiển để quản lý trạm biến áp nhằm quản lý vận hành theo nhóm khơng cần nhân viên vận hành trạm Xây dựng trung tâm điều khiển trạm biến áp không người trực thuộc lĩnh vực lưới điện thông minh, đặt nhằm giải vấn đề số lượng trạm biến áp ngày tăng cao, cần thiết phải nâng cao lực vận hành hệ thống máy tính tích hợp, nâng cao lực vận hành viên chuyên môn, nghiệp vụ, thao tác xử lý máy tính, giảm chi phí vận hành Các trạm biến áp cần tập trung vào nhiều trung tâm để dễ dàng theo dõi, quản lý vận hành, điều độ công suất lưới điện truyền tải, phân phối giảm lỗi thao tác vận hành gây Một ưu điểm trạm biến áp (TBA) không người trực tăng cường khả truyền tải độ an toàn, tin cậy cho hệ thống điện quốc gia 1.1.1 Vai trò trạm khơng người trực Trạm biến áp khơng người trực đóng vai trò điểm kết nối sở đến trung tâm điều khiển Các trạm biến áp không người trực trung tâm điều khiển xa hình thành hệ thống vận hành hệ thống điện tập trung thống 1.1.2 Thuận lợi khó khăn Để triển khai dự án trạm biến áp KNT Việt Nam có nhiều thách thức Theo EVN, hệ thống lưới điện cao áp siêu cao áp nước ta trải diện rộng, trạm biến áp cách xa yếu tố không thuận lợi, ảnh hưởng tới khả phản ứng nhanh đội vận hành (thao tác) áp dụng trạm KNT 1.1.3 Những lợi có Các trạm biến áp lưới điện truyền tải cấp điện áp 110kV, 220kV 500kV nước ta trang bị hệ thống tự động hóa 1.1.4 Những lợi ích mang lại Khi trạm không người trực trung tâm điều khiển đưa vào vận hành mang lại lợi ích, bao gồm: - Giảm nhân sự, giảm chi phí vận hành (OPEX) chi phí đầu tư (CAPEX) dài hạn thông qua nâng cao hiệu công tác lập kế hoạch vận hành, sửa chữa, nâng cấp đầu tư từ ngắn hạn đến dài hạn - Nâng cao chất lượng điện - Giảm thời gian điện nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ theo qui định hoạt động điện lực - Giảm tổn thất điện thông qua khả tối ưu vận hành lưới điện thông qua tính tốn với liệu thời gian thực - Bảo trì tốt hơn, vận hành tối ưu, hạn chế tai nạn lao động - Quản lý thông tin tốt 1.2 Mơ hình xây dựng trung tâm điều khiển trạm biến áp không người trực tổng công ty truyền tải điện quốc gia: 1.2.1 Vị trí thực điều khiển từ xa thiết bị TBA 220kV Việc đóng, cắt MC, DCL tăng giảm nấc máy biến áp cấp điện áp 220kV, 110kV đóng cắt máy cắt tổng trung áp điều khiển từ xa điều độ viên trực Trung tâm điều độ miền thực thông qua hệ thống SCADA Việc đóng, cắt máy cắt xuất tuyến trung áp TBA 220kV điều khiển từ xa điều độ viên trực Điều độ phân phối thực thông qua hệ thống SCADA phân phối TTĐK 1.2.2 Mơ hình tổ chức giám sát, điều khiển xa TBA 220kV Lệnh điều độ Thông tin vận hành Thao tác điều khiển xa thiết bị từ TTĐĐ Thao tác chỗ Hình 1.1 Mơ hình tổ chức giám sát, điều khiển xa TBA 220kV từ Trung tâm điều độ Miền Điều độ phân phối Đối với việc thao tác thiết bị TBA lưới điện, tổ chức thực sau: a Điều độ viên trực Trung tâm Điều độ miền Điều độ phân phối b Trực ban công ty Truyền tải điện c Tổ thao tác lưu động 1.2.3 Kết nối tín hiệu, trao đổi thông tin đơn vị Trong mục trình bày mơ hình kết nối tín hiệu SCADA, giám sát thông tin liên lạc phận liên quan đến điều khiển từ xa, vận hành TBA khơng người trực a Sơ đồ kết nối tín hiệu SCADA tín hiệu giám sát TBA • Sơ đồ kết nối tín hiệu SCADA • Sơ đồ kết nối tín hiệu giám sát TBA b Sơ đồ kết nối kênh thông tin liên lạc Kết nối thông tin liên lạc 1.3 Kết luận Trong chương trình bày vai trò TBA KNT hệ thống điện, đồng thời trình bày mơ hình xây dựng Trạm biến áp không người trực cấp điện áp 220kV áp dụng thực Tổng công ty Truyền tải điện Quốc Gia CHƯƠNG MƠ HÌNH TRIỂN KHAI TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC TẠI CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG 2.1.1 Mơ hình quản lý vận hành Công ty Truyền tải điện a Quản lý điều hành: Công ty quản lý vận hành tổng số 13 Trạm biến áp 220 kV trạm biến áp 500kV b Vận hành • Cơng ty quản lý 2838km đường dây với 1.228km đường dây 500kV, 1610km đường dây 220kV; 16 trạm biến áp với tổng dung lượng 6049MVA, có 03 trạm biến áp 500kV • Dung lượng kháng điện: 598 MVAr; dung lượng tụ bù: 1236,7MVAr, tụ bù ngang có dung lượng 20,745 MVAr 2.1.2 Đánh giá mơ hình quản lý vận hành tại: Phân cấp hệ thống điều độ: Với trạng nhu cầu phát triển lưới điện nguồn điện ngày liên tục lớn mạnh, hệ thống điều độ quốc gia phân cấp cụ thể sau: Cấp 1: Trung tâm điều độ quốc gia (A0), có trách nhiệm điều khiển Nhà máy điện hệ thống 500kV Cấp 2: Gồm Trung tâm điều độ miền Bắc, Trung, Nam (A1, A2, A3) Cấp 3: Gồm Trung tâm điều độ lưới điện phân phối Hiện trạng vận hành trạm biến áp: - Hiện nay, trạm biến áp PTC2 quản lý, thiết bị thực từ mức: + Mức 1: Từ Trung tâm điều độ HTĐ miền Trung Quốc gia + Mức 2: Từ hệ thống điều khiển máy tính trung tâm đặt phòng điều khiển trạm + Mức 3: Từ tủ điều khiển, bảo vệ đặt nhà điều khiển bảo vệ 2.2 KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC 2.2.1 Kế hoạch triển khai thực TTVH TBAKNT: Bảng 2.3 Danh mục TTVH TBA KNT theo bảng tổng hợp sau No Stt Ví trí đặt Tổ TTLĐ TBA quản lý Trạm 220kV Ngũ Hành Sơn Trạm 220kV Ngũ Hành Sơn Trạm 220kV Hòa Khánh Trạm 220kV Hải Châu (2019) Trạm 220kV Đồng Hới Trạm 220kV Đồng Hới Trạm 220kV Ba Đồn Trạm 220kV Phong Điền (2018) Trạm 220kV Phong Điền Trạm 220kV Huế Trạm 220kV Đông Hà Trạm 220kV Tam Kỳ Trạm 220kV Tam Kỳ 10 Trạm 220kV Duy Xuyên (2020) 11 Trạm 220kV Quảng Ngãi 12 Trạm 220kV Dung Quất Trạm 220kV Dung Quất 13 Trạm 220kV Dung Quất (2019) 14 Trạm 220kV Lao Bảo Trạm 220kV Lao Bảo (2019) 15 Trạm 220kV Thạnh Mỹ Trạm 220kV Thạnh Mỹ 16 Trạm 220kV Sông Tranh Trạm 220kV Sông Tranh 17 Trạm 220kV Sơn Hà Trạm 220kV Sơn Hà 18 10 Trạm 220kV Kon Tum Trạm 220kV Kon Tum Tiến độ thao tác xa 2018 2018 2019 2017 2017 2018 2020 2018 2018 2020 2018 2019 2019 2019 2018 2018 2017 2018 2.2.2 Nội dung thực hiện: Xây dựng Trung tâm vận hành - TTVH (tổ thao tác lưu động) Trạm biến áp không người trực - TBAKNT sau: • Các Tổ thao tác lưu động: • Các Trạm biến áp không người trực 2.3 GIỚI THIỆU QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ TBA KNT 10 Hình 2.2 Biểu đồ thống kê cố trạm biến áp 500kV trạm biến áp 220kV 2.4.3 Nguyên nhân cố trạm biến áp: - Sự cố trạm biến áp nhiều nguyên nhân khác gây chủ yếu hư hỏng thiết bị thứ, thiết bị nhị thứ, thao tác nguyên nhân khác Nguyên nhân cố nhị thứ chiếm tỷ lệ lớn khoảng 58,7% tổng số vụ cố, cao vào năm 2008 vụ, nguyên nhân cố thiết bị thứ đứng thứ hai, chiếm khoảng 17,39% tổng số vụ cố Sự cố thao tác chiếm tỷ lệ khoảng 8,7% Bảng 2.5 Thống kê nguyên nhân cố giai đoạn 2008÷2017 Nguyên nhân cố Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013 Năm 2014 Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017 TỔNG Đơn vị tính Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ Vụ % Do thiết bị thứ 1 17.39 Do thiết bị nhị thứ Do thao tác 3 Nguyên nhân khác 2 1 4 27 58.70 8.70 2 15.22 Tổng số 4 46 11 Hình 2.3 Biểu đồ thống kê nguyên nhân cố - Thống kê chi tiết nguyên nhân cố trạm biến áp; Bảng 2.6 Chi tiết nguyên nhân cố trạm biến áp giai đoạn 2008÷2017 Nguyên nhân cố Do thiết bị thứ Máy biến áp, Kháng điện Máy cắt Dao cách ly Biến dòng điện, biến điện áp Chống sét van Cáp trung áp Tủ trung áp Tụ bù Do thiết bị nhị thứ Rơ le hư hỏng Rơ le tác động sai Cấu hình/ Chỉnh định Mạch nhị thứ Rơ le nội MBA, kháng Nhận truyền cắt Năm Năm 2008 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm Năm Năm Năm Năm Năm 2012 2013 2014 2015 2016 2017 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 12 Nguyên nhân cố Nhiễu tín hiệu Do thao tác Nguyên nhân khác Năm Năm 2008 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm Năm Năm Năm Năm Năm 2012 2013 2014 2015 2016 2017 1 1 2 2.4.4 Đánh giá, phân tích nguyên nhân giải pháp giảm cố 2.5 Kết luận Trong chương trình bày nội dung triển khai Trạm biến áp không người trực Công ty Truyền tải điện 2: - Đánh giá mơ hình vận hành so với mơ hình Trạm biến áp khơng người trực – TTVH: Công tác điều khiển giám sát thiết bị Trạm biến áp 220kV sau chuyển thành TBA KNT TTVH điều độ viên trực Trung tâm điều độ thực cơng tác thao tác cô lập khôi phục thiết bị Trạm biến áp thực nhanh hơn, tín hiệu điều khiển cải tạo bổ sung nâng cao độ tin cậy phục vụ vận hành - Sau tổng hợp cố Trạm biến áp công ty Truyền tải điện 10 năm từ 2008 đến 2017; phân tích đánh giá nguyên nhân cố nhận thấy công tác quản lý vận hành Trạm biến áp việc thao tác nhầm thường xuyên xảy ra, gây cố diện rộng, gây an tồn cho người Vì vậy, đề xuất nghiên cứu giải pháp hỗ trợ giám sát vận hành, thao tác thiết bị đưa vào vận hành TBA KNT, TTVH, TTĐK xa 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC 3.1 GIỚI THIỆU - Theo lộ trình thực lưới điện thơng minh đến năm 2020 tồn Trạm biến áp 220kV công ty Truyền tải điện chuyển từ chế độ vận hành có người trực sang chế độ vận hành không người trực trung tâm vận hành, việc thao tác điều khiển thiết bị thực từ Trung tâm điều khiển xa đặt cấp điều độ Việc kiểm tra giám sát thiết bị chế độ vận hành bình thường giám sát thiết bị chế chế độ thao tác cần phải áp dụng công nghệ giám sát thay người trực vận hành chỗ - Với lý nêu trên, tác giả nghiên cứu giải pháp, thiết kế xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực, gồm 02 nội dung: Nội dung 1: Hỗ trợ giám sát trực tuyến nhiệt độ thiết bị vận hành; Nội dung 2: hỗ trợ giám sát trạng thái vận hành, thao tác thiết bị từ xa (đặc biệt trạng thái đóng/mở hồn tồn DCL, DTĐ) Nhằm mục đích: 3.1.1 Giám sát trực tuyến nhiệt độ thiết bị vận hành Việc xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát nhiệt độ thiết bị vận hành online điều kiện vận hành bình thường, điều kiện vận hành tải hoặc điều kiện phương thức vận hành bất lợi so với phương thức nhằm phát hiện tượng bất thường thiết bị cách kịp thời, xác, trực quan từ xa TTVH TTĐK 3.1.2 Giám sát trạng thái vận hành, thao tác thiết bị từ xa Nhằm giám sát trạng thái thiết bị trạm biến áp 220kV không người trực từ TTVH TTĐK cách trực quan, tự động, thường xuyên liên tục; giảm thiểu cố thao tác nhầm nhân viên vận hành DCL, DTĐ đóng mở khơng hồn toàn, nâng 14 cao mức độ an toàn cho người vận hành; đáp ứng yêu cầu thị trường điện lưới điện thông minh (Smart Grid) 3.2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LƯU TRỮ HÌNH ẢNH VÀ ĐƯA RA TÍN HIỆU CẢNH BÁO VẬN HÀNH CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ GIÁM SÁT VẬN HÀNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT THAO TÁC TỪ XA VÀ BỔ SUNG LOGIC ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HỆ THỐNG CAMERA GIÁM SÁT VẬN HÀNH GIÁM SÁT THIẾT BỊ Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống giám sát vận hành 3.3 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP VỀ CAMERA GIÁM SÁT TẠI TRUNG TÂM VẬN HÀNH VÀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC 3.3.1 Yêu cầu hệ thống camera giám sát: - Trang bị hệ thống camera giám sát cho TBA KNT TTVH 3.3.2 Giải pháp thực 3.3.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị 3.4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ THIẾT BỊ TRONG VẬN HÀNH: 3.4.1 Yêu cầu vận hành: - Trong điều kiện vận hành bình thường (