MỞ ĐẦU
Hệ thống điện Quốc gia với xương sống là lưới điện, bao gồm cả lưới điện truyền tải và phân phối, là một trong những hệ thống cơ sở hạ tầng tối quan trọng của nền kinh tế quốc dân. Lưới điện Việt Nam đã trải qua nhiều giai đoạn hình thành và phát triển với các thiết bị của nhiều hãng khác nhau, từ những thiết bị của Liên Xô cũ cho đến các nước Châu Âu và Bắc Mỹ. Sự phát triển của nền kinh tế đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao đi cùng với nhiều dịch vụ mới bắt buộc ngành điện phải đổi mới, hiện đại hóa, đồng bộ hoá thiết bị, nâng cao hiệu quả vận hành, đảm độ tin cậy và an toàn trong cung cấp điện.
Ngày 26/12/2001, dự án trạm biến áp tích hợp đầu tiên tại Việt Nam đã được nghiệm thu đưa vào vận hành tại trạm biến áp 220kV Vĩnh Long 2, bắt đầu cho quá trình chuyển biến mạnh mẽ trong công tác vận hành hệ thống điện của Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN). Sau gần 10 năm áp dụng giải pháp công nghệ mới – hệ thống bảo vệ điều khiển tích hợp trạm biến áp, căn cứ trên thực tế khai thác và vận hành hệ thống @Station do công ty ATS thiết kế và sản xuất, đã và đang vận hành tại gần 30 trạm biến áp trên lưới điện truyền tải của Tổng công ty truyền tải điện Quốc gia, chúng ta ngày càng thấy rõ những lợi ích không thể phủ nhận của những hệ thống này.
NHỮNG LỢI ÍCH KINH TẾ
Những lợi ích mang lại về mặt kinh tế của hệ thống bảo vệ điều khiển tích hợp trạm biến áp (sau đây gọi tắt là: SAS) là rất lớn so với hệ thống bảo vệ điều khiển kiểu truyền thống. Lợi ích này bao gồm chi phí đầu tư cả vòng đời dự án, chi phí vận hành bảo dưỡng, chi phí nâng cấp mở rộng, chi phí rủi ro do sự cố gây ra.
Chi phí đầu tư cả vòng đời dự án
Tự động hóa trạm là sự thay thế hệ thống điều khiển bảo vệ kiểu tương tự và điện cơ, hệ thống giám sát và thiết bị thông tin trong trạm bằng các rơle kỹ thuật số (microprocessor relays), các thiết bị số hóa khác gọi chung là IED (Intelligent Electronic Devices) và hệ thống máy tính tích hợp. Tự động hóa trạm liên quan đến việc ứng dụng mạng thông tin số trong trạm, từ trạm này tới trạm khác và tới các trung tâm điều khiển ứng dụng. Do đó chi phí đầu tư ban đầu có thể lớn hơn, tuy nhiên bù lại các chi phí vận hành bảo dưỡng, chi phí nâng cấp mở rộng và đặc biệt giảm thiểu các chi phí do sự cố, thời gian khắc phục sự cố trong các trạm cũ, kiểu truyền thống gây ra sẽ giảm đi rất nhiều. Vì vậy, tính trong cả vòng đời dự án, có thể dễ dàng nhận thấy lợi ích về mặt kinh tế mà hệ thống tự động hóa trạm biến áp mang lại.
Mương cáp sân 110kV trạm biến áp 500kV Phú Lâm trước và sau khi lắp đặt hệ thống tích hợp
Trong hệ thống @Station các thiết bị rơle bảo vệ, điều khiển và thu thập dữ liệu được đặt trong các tủ điều khiển bảo vệ ngoài trời hoặc các tủ đặt trong container, ngay tại chân các thiết bị nhất thứ của trạm. Các tủ này được kết nối lên mạng LAN quang và nối tới hệ thống máy tính trong phòng điều khiển trung tâm. Tín hiệu liên động giữa các ngăn lộ được truyền qua mạng LAN theo giao thức chuẩn IEC-61850. Do đó lượng cáp điện giảm đi khoảng 50-70% so với kiểu truyền thống, một lượng chi phí đầu tư rất ấn tượng.
Hệ thống tích hợp cũng sẵn sàng khả năng kết nối với trung tâm giám sát vận hành từ xa, trung tâm điều độ hệ thống điện theo các giao thức phổ biến như IEC-60870-5-101, RP570. Điều đó cho phép bỏ qua các yêu cầu trang bị hệ thống RTU kết nối với các trung tâm này.
Chi phí rủi ro sự cố
Mạng LAN bằng cáp quang của hệ thống tích hợp thay thế phần lớn cáp đồng trong sân trạm biến áp, giảm thiểu rất nhiều nguy cơ sự cố do chạm chập cáp điện gây ra đối với hệ thống kiểu cũ.
Tủ điều khiển bảo vệ kiểu truyền thống tại phòng vận hành trạm biến áp 220kV Thủ Đức
Mương cáp hệ thống kiểu truyền thống tại trạm 220kV Thủ Đức
Hệ thống tích hợp làm giảm thiểu đáng kể các thiết bị trung gian, các thiết bị với chức năng riêng lẻ và rất linh hoạt trong việc thay đổi các yêu cầu liên động trong vận hành, bảo dưỡng cũng như giảm thiểu thời gian khắc phục sự cố với sự trợ giúp tích cực của hệ thống tích hợp và các thiết bị điện tử thông minh. Đồng thời, các IED luôn được giám sát liên tục và hệ thống sẽ đưa ra các cảnh báo liên quan tới tình trạng làm việc của các thiết bị này ngay khi phát hiện bất thường. Nhiều thiết bị mạng với khả năng “plug and play” giảm thiểu thời gian sửa chữa thay thế.
Bàn điều khiển trung tâm sau cải tạo tại trạm 220kV Thủ Đức
Tất cả những điều đó cho thấy lợi ích thu được do chi phí rủi ro sự cố giảm đi so với trạm kiểu truyền thống.
Chi phí vận hành bảo dưỡng
Tự động hóa trạm cung cấp khả năng chưa từng có hoặc vượt trội trong công tác giám sát vận hành hệ thống, thu thập dữ liệu vận hành tự động, xuất các báo cáo, lưu trữ dữ liệu làm đầu vào cho các tiện ích và ứng dụng mới. Nhờ đó, các thiết bị quan trọng như máy biến áp, máy cắt, … có thể được bảo dưỡng đúng thời điểm cần thiết thay vì phải kiểm tra định kỳ như trước đây. Dựa trên các thông tin đầy đủ và chính xác được lưu trữ và phân tích trong quá trình vận hành, các thiết bị chỉ được thay thế, trạm chỉ được mở rộng nâng công suất khi thực sự cần thiết mà không phải đầu tư lãng phí.
Tủ điều khiển bảo vệ ngoài trời sân 110kV tại trạm biến áp 500kV Phú Lâm
Tủ điều khiển bảo vệ ngoài trời tại trạm biến áp 500kV Tân Định
Hệ thống tích hợp trạm biến áp được xây dựng tuân theo các quy trình kỹ thuật an toàn điện của trạm biến áp do Tập đoàn Điện lực Việt Nam ban hành. Cụ thể là:
- Giao diện vận hành được thiết kế thân thiện, giúp người vận hành dễ dàng thao tác cũng như giám sát hoạt động của toàn trạm.
- Hệ thống mạng LAN kép, với cấu trúc ngang bằng, và hệ thống điều khiển mimic tại các ngăn tủ ngoài trời, cho phép người vận hành vẫn có thể điều khiển được thiết bị ngay cả khi hệ thống máy tính bị sự cố bảo đảm cho hệ thống có độ tin cậy cao. Đặc điểm này nằm trong nguyên lý thiết kế chung: “khi xảy ra trục trặc ở bất cứ phần tử nào cũng không được gây gián đoạn hoạt động của các phần tử khác trong hệ thống”.
- Hệ thống cung cấp nhiều ứng dụng đi kèm thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố, ví dụ như tự động ghi sự cố có đồng bộ thời gian với đồng hồ vệ tinh GPS, tính toán nhiệt độ dầu máy biến áp theo thời gian thực, truy xuất các thông số đo lường qua hệ thống tin nhắn SMS v.v…
Chi phí nâng cấp mở rộng
Như đã nêu ở trên, chi phí nâng cấp mở rộng được tiết kiệm do đầu tư đúng lúc, đúng chỗ. Hơn nữa, đặc tính mở của hệ thống cho phép tích hợp nhiều thiết bị của các hãng khác nhau, đồng thời cho phép người sử dụng có thể tự xây dựng các ứng dụng riêng phù hợp với từng trạm riêng biệt. Hệ thống được xây dựng theo các tiêu chuẩn phổ biến trên thế giới, không những giảm đi tính độc quyền trong việc cung cấp hàng hóa mà còn tạo ra thuận lợi lớn cho người dùng trong việc nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG
Ngoài các chức năng cảnh báo, đo lường giám sát trực tiếp các thiết bị và thông số vận hành như trong các trạm truyền thống vốn có, các phần tử trong hệ thống tích hợp được giám sát liên tục, thông tin vận hành được lưu trữ tự động theo thời gian, cảnh báo được lưu trữ với thông tin chính xác về thời gian, ca trực, thiết bị có trục trặc,… đảm bảo cho công tác vận hành đạt được hiệu quả cao nhất trong mọi tình huống.
Báo cáo được lưu trữ và in ra máy in theo nhu cầu vận hành hệ thống đảm bảo thông tin chính xác cả về mặt thông số và thời gian.
Dữ liệu quá khứ của hệ thống rất hữu ích cho công tác điều tra phân tích sự cố, phân tích tính ổn định của hệ thống và đáp ứng các nhu cầu về đào tạo, nâng cao nghiệp vụ cho các đối tượng liên quan.
Các tiện ích tính toán thời gian thực sẵn có của hệ thống hoặc các tiện ích được phát triển bởi người dùng mở ra cơ hội rất lớn trong việc nâng cao hiệu quả vận hành theo nhu cầu của người sử dụng cũng như các yêu cầu mới xuất hiện trong tương lai.
ĐÓN ĐẦU XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA TƯƠNG LAI
Ứng dụng hệ thống tích hợp trạm biến áp là xu hướng tất yếu của thời đại công nghệ thông tin. Ngoài việc đáp ứng yêu cầu nâng cấp mở rộng hệ thống một cách dễ dàng, hệ thống tích hợp còn là khởi điểm cho công tác số hóa và lưu trữ dữ liệu hệ thống điện, từng bước thay thế hoàn toàn quan niệm vận hành hệ thống theo kinh nghiệm thực tế.
Dữ liệu hệ thống điện theo thời gian thực được lưu trữ và khai thác tập trung theo nhu cầu người dùng là một phần không thể thiếu trong công tác xây dựng và điều tiết thị trường điện đang được hình thành.
Hệ thống sẵn sàng cho xu hướng trạm không người trực theo định hướng phát triển của Tập đoàn điện lực Việt Nam, đáp ứng các nhu cầu giám sát vận hành từ xa của các Công ty truyền tải điện, các Công ty điện lực ngay tại văn phòng công ty.
Hệ thống tích hợp trạm biến áp là bước đi khởi đầu trong công tác xây dựng “Smart Grid”, một khái niệm mới đang trở thành xu hướng tất yếu trong việc cải hóa hệ thống điện trên toàn thế giới. KẾT LUẬN
Hệ thống điện Việt Nam đã và đang từng bước được hiện đại hóa từ trang thiết bị, công nghệ, quy trình vận hành,… trong các khâu phát điện, truyền tải, phân phối điện và công tác quản lý, điều hành hệ thống. Sự góp mặt của hệ thống điều khiển bảo vệ tích hợp trạm biến áp là một nhân tố nổi bật và đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình này. Hệ thống đã mang lại những lợi ích to lớn từ kinh tế đến quản lý vận hành và đặc biệt sẵn sàng cho những bước phát triển mới của ngành điện giai đoạn hiện tại và trong tương lai.
haph.
