Giải pháp giám sát và điều khiển từ xa các recloser

GIẢI PHÁP GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÁC RECLOSER 1 GIỚI THIỆU CHUNG Ngày nay, công nghệ đang thay đổi với tốc độ rất nhanh, các thiết bị điện tử thông minh (IED) liên tục được cập nhật theo công nghệ và bao gồm những tính năng mới mà trước đó một năm chỉ có thể tồn tại trong tưởng tượng của con người. Làm sao bạn có thể chắc chắn rằng đã không bỏ qua một giải pháp công nghệ tiết kiệm chi phí? Làm sao bạn dám khẳng định hệ thống hiện có phù hợp với nhu cầu trong tương lai ? Với cơ sở hạ tầng phức tạp, kết cấu trải rộng khắp trên địa bàn, hiện thực cũng đã cho thấy nhu cầu cấp thiết từ thực tế vận hành và xu hướng phát triển trong ngành điện đang tạo ra yêu cầu tất yếu trong việc giám sát và điều khiển từ xa các Recloser (Bộ tự động đóng lại) trên hệ thống phân phối điện của các công ty điện lực, nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng về chất lượng điện năng, đảm bảo an toàn cung cấp điện cũng như giảm thiểu thời gian mất điện theo các chỉ tiêu như CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index), SAIDI (Sum of all customer interruption durations). Mục tiêu của giải pháp kỹ thuật cho việc giám sát, điều khiển và quản lý các Recloser này bao gồm: * Xây dựng được hệ thống thu thập và các phần mềm quản lý tương ứng với các Recloser hiện nay của công ty điện lực nhằm nâng cao độ tin cậy cho lưới điện trung áp trong phạm vi quản lý. * Hệ thống thu thập dữ liệu Recloser phải có khả năng thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực từ các Recloser này, đảm bảo tính liên tục và chính xác của dữ liệu, phục vụ công tác vận hành và các ứng dụng nâng cao khác. * Hệ thống phần mềm quản lý và ứng dụng phải có khả năng trao đổi hai chiều với hệ thống SCADA của công ty điện lực và có khả năng cung cấp dịch vụ truy cập dữ liệu cho các phòng ban liên quan trực thuộc. Hình 1: Cấu trúc tổng thể “Hệ thống giám sát điều khiển từ xa các Recloser trên lưới phân phối” 2 THỰC TẾ GIÁM SÁT VẬN HÀNH RECLOSER Lợi ích của việc trang bị các Recloser trên hệ thống lưới phân phối của công ty điện lực đã được thấy rõ. Thống kê cho thấy có đến khoảng 75% sự cố trên lưới phân phối đường dây trên không là thoáng qua, và hiệu quả mà các Recloser mang lại không chỉ thể hiện qua so sánh với việc trang bị và sử dụng cầu chì (phải thay thế mỗi khi sự cố), rơle bảo vệ ngăn lộ phân phối, mà còn thể hiện qua giá trị mang lại cho chính khách hàng và ngành điện khi đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Chính vì vậy việc sử dụng hiệu quả các Recloser hiện có và trang bị bổ sung trong những năm tiếp theo vẫn là một trong những nhiệm vụ hàng đầu của công ty điện lực. Tuy nhiên, hiện nay công tác giám sát vận hành Recloser trên lưới phân phối vẫn chưa khai thác được hết khả năng và ưu thế vốn có của nó. Cụ thể là: - Các Recloser đang vận hành không được giám sát liên tục mà chỉ được kiểm tra định kỳ hoặc khi có sự cố cần sửa chữa khôi phục. - Dữ liệu vận hành do các Recloser ghi nhận mới được khai thác rất hạn chế phụ thuộc vào thông tin được lưu trữ tại thiết bị, trong công tác kiểm tra xử lý sự cố. - Thông số vận hành được ghi chép bằng tay, kém chính xác, không đồng bộ và không hoàn toàn được đảm bảo tính khách quan khi làm báo cáo. - Sự cố mất điện chủ yếu được phát hiện và kiểm tra xử lý thông qua thông tin từ phía người dùng, thiếu sự chủ động của nhà cung cấp. Đồng thời, mất nhiều thời gian khoanh vùng xác định sự cố, dẫn đến thời gian mất điện kéo dài. - Thao tác vận hành, tách nhánh, hợp nhánh, đòi hỏi nhân viên vận hành phải di chuyển đến từng điểm thao tác để thực hiện, tiêu tốn thời gian và nguồn lực mà vẫn thiếu thông tin tổng thể trực quan về tình trạng lưới phân phối. - Hệ thống không có khả năng tự động điều khiển đóng cắt các Recloser, thay đổi kết cấu lưới theo những tình huống vận hành đã được xây dựng sẵn như việc áp dụng các tiện ích mà dữ liệu vận hành thời gian thực có thể mang lại. Hình 2: Cấu trúc phần mềm và trao đổi dữ liệu mở rộng 3 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG Để giải quyết các yêu cầu đặt ra từ thực tế vận hành các Recloser trên lưới phân phối, cần thiết trang bị một “Hệ thống giám sát điều khiển từ xa các Recloser trên lưới phân phối” tại trung tâm giám sát vận hành của công ty điện lực. Hệ thống sẽ bao gồm những thành phần chính sau: - Các thiết bị phần cứng tại trung tâm giám sát vận hành như hệ thống máy tính chủ, thiết bị mạng LAN, .Các thiết bị đầu cuối kênh truyền, sẽ được lắp đặt tại các vị trí có Recloser - Cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có hoặc thuê đường truyền của bên thứ ba - Hệ thống phần mềm cơ sở và phần mềm ứng dụng tại trung tâm vận hành - Hệ thống máy tính và phần mềm khai thác ứng dụng tại các phòng ban liên quan Hệ thống trung tâm sẽ kết nối liên tục với các Recloser lắp trên lưới phân phối, dữ liệu từ các Recloser được thu thập và lưu trữ theo thời gian thực tại các Server lắp đặt tại trung tâm. Tất cả các ứng dụng từ cơ bản như giám sát vận hành, báo cáo, phân tích sự cố đến các ứng dụng nâng cao như tự động hóa lưới phân phối, được xây dựng trên kho dữ liệu thời gian thực này. Hình 3: Ví dụ một kiểu màn hình giám sát các Recloser trên bản đồ 3.2 PHẠM VI TRANG BỊ VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ 3.2.1 Hệ thống trung tâm Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống, toàn bộ thông tin cần thiết cho việc điều hành lưới điện sẽ được hệ thống trung tâm thu thập, xử lý, phân phối đến các ứng dụng cần thiết để nhân viên vận hành, cán bộ kỹ thuật đủ thẩm quyền có thể tương tác với toàn bộ thiết bị cần giám sát điều khiển, cũng như giao tiếp với các ứng dụng khác. Hệ thống trung tâm cũng sẽ hỗ trợ các trung tâm phụ như đối với các điều độ điện lực cấp dưới, các hệ thống phụ sẽ được phân quyền điều khiển và giám sát nhất định, đồng thời kết nối với hệ thống trung tâm thông qua các đường truyền tốc độ cao. Phần cứng của hệ thống trung tâm được cung cấp bởi các nhà sản xuất danh tiếng có uy tín về chất lượng sản phẩm và dịch vụ, dễ thay thế mở rộng. Cáp mạng LAN Cat5e tiêu chuẩn hoặc cáp quang, đối với khoảng cách xa, được dùng kết nối giữa các thiết bị mạng trong hệ thống. Thiết bị đồng bộ thời gian từ vệ tinh cũng được trang bị cho hệ thống tại trung tâm. Ngoài ra, trung tâm còn được trang bị hệ thống nguồn đảm bảo, máy in, máy fax, bàn điều hành, camera giám sát, hệ thống phóng hình, (tùy theo nhu cầu cụ thể của người dùng). 3.2.2 Đường truyền viễn thông Hệ thống kênh truyền từ các vị trí lắp đặt Recloser trên lưới phân phối về trung tâm có thể được thiết lập theo những phương án sau, nhằm tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng hiện có của công ty điện lực: - Tận dụng các kênh cáp quang hiện có tại các trạm gần vị trí Recloser - Trang bị thiết bị đầu cuối kênh truyền bằng sóng radio ( ”Base station” tại trung tâm, ”repeater” nếu cần và ”remote unit” tại vị trí Recloser ) - Trang bị thiết bị đầu cuối kênh thuê bao GSM/GPRS/3G của các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba như Vinaphone, Viettel, Mobifone. Với các đặc điểm như vị trí lắp đặt các Recloser phân tán trên lưới phân phối, dung lượng dữ liệu truyền nhỏ, thì việc sử dụng kênh truyền GSM/GPRS/3G là rất phù hợp trong thời điểm hiện tại. Các kênh truyền từ trung tâm tới các phòng ban liên quan trong công ty điện lực có thể được tận dụng trên mạng nội bộ hiện có hoặc thiết lập mới một cách dễ dàng. Kênh trao đổi dữ liệu giữa hệ thống trung tâm và các trung tâm điều độ có thể tận dụng kênh truyền hiện hữu hoặc bổ sung cho phù hợp với thực tế yêu cầu. 3.3 HỆ THỐNG PHẦN MỀM CƠ SỞ VÀ ỨNG DỤNG Cấu trúc phần mềm của hệ thống trung tâm được thiết kế mở, tính modular hóa cao, dễ dàng bảo trì, nâng cấp và mở rộng trong tương lai, sẽ bao gồm: l Phần mềm hệ điều hành (Operating System) l Module phần mềm kết nối, thu thập và quản lý truyền tin (Data Collection & Communication Management) l Module phần mềm xử lý và phân phối dữ liệu (Data Concentrator) l Module phần mềm giao diện giám sát vận hành (HMI) Và có thể tùy chọn thêm: l Module phần mềm quản lý Recloser trên bản đồ địa lý (AM/FM/GIS) l Module tính toán ứng dụng quản lý vận hành lưới phân phối l Module phần mềm cổng dữ liệu vận hành l Module phần mềm cảnh báo SMS l Mở rộng với hệ thống đo đếm và quản lý công tơ từ xa l Mở rộng với hệ thống miniSCADA và kết nối với các trạm tích hợp Hệ thống ứng dụng các chuẩn bảo mật nghiêm ngặt cho lĩnh vực công nghiệp điện như Critical Infrastructure Protection – CIP. Hệ thống hỗ trợ các chuẩn quốc tế, tính phổ biến cao, có thể làm việc với nhiều giao thức khác nhau: IEC60870-5-101, ICCP/TASE.2, IEC60870-5-103, IEC60870-5-104, IEC61850, Modbus, DNP... ,cho phép mở rộng hoặc Hình 4: Ví dụ màn hình giám sát các Recloser phục vụ xác định điểm sự cố kết hợp với hệ thống đo đếm và quản lý công tơ từ xa: AMR (Automatic meter reading)/ AMI (Advanced Metering Infrastructure). Hình 5: Giám sát phụ tải với dữ liệu từ Recloser 4 ỨNG DỤNG THỰC TẾ Hệ thống hiện đã được trang bị và ứng dụng thí điểm tại Tổng Công ty Điện Lực TP HCM, Công ty CP Điện Lực Khánh Hòa, và lần đầu tiên được đưa vào vận hành tại Điện Lực Bắc Ninh. Trong tương lai không xa, giải pháp này sẽ được triển khai và trở thành công cụ hữu hiệu của các công ty điện lực trong việc giám sát và vận hành hệ thống điện phân phối.