1. Đặt vấn đề

Hệ thống điện (HTĐ) quốc gia có chức năng cung cấp năng lượng cho nền kinh tế đất nước và được vận hành đáp ứng 02 yêu cầu chính là an toàn và kinh tế.

Các sự cố diện rộng trên HTĐ gây thiệt hại rất lớn về kinh tế và xã hội. Mặc dù HTĐ được trang bị các hệ thống điều khiển và bảo vệ hiện đại, nhưng sự cố diện rộng vẫn xảy ra khá thường xuyên trên thế giới, một số sự cố đặc biệt trầm trọng như sau:

– Sự cố Bắc Mỹ tháng 08/2003 dẫn đến tổng sản lượng tải bị cắt 65GW, thời gian mất điện gần 30 giờ;

– Sự cố tại Ý tháng 9/2003 có sản lượng bị cắt là 27GW và tổng thiệt hại 50 tỷ USD;

– Sự cố rã lưới ở Ấn Độ năm 2012 làm 300 triệu người bị ảnh hưởng.

Ở Việt Nam sự cố điện diện rộng gần đây như:

– Ngày 26/4/2013 sự cố nhảy 02 mạch ĐZ 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng mất 1000MW, gây mất liên kết hệ thống Bắc – Nam;

– Năm 2013 đã xảy ra 69 sự cố trên HTĐ 500kV, 230 sự cố trên HTĐ 220kV. Đặc biệt là sự cố rã lưới HTĐ miền Nam ngày 22/05/2013 do sự cố mất điện đường dây 500kV Di Linh – Tân Định gây ngừng sự cố toàn bộ 15 nhà máy với 43 tổ máy (với tổng công suất 7300MW) trong HTĐ miền Nam, dẫn tới HTĐ miền Nam mất điện gần như toàn bộ. Đây là 1 sự cố lớn, diễn biến sự cố rất phức tạp.

Về cơ bản, sự cố diện rộng được xuất phát từ tình trạng làm việc nặng tải của hệ thống, kèm theo sự cố mất đi một hoặc một số phần tử quan trọng dẫn đến mất ổn định các thông số vận hành. Kéo theo đó, các rơle bảo vệ tác động hàng loạt, dẫn đến mất điện trên diện rộng hoặc rã lưới.

Một trong những nguyên nhân dẫn đến các sự cố rã lưới là do hệ thống đo lường và giám sát không cung cấp được đầy đủ thông tin cập nhật và chính xác về tình trạng lưới điện.

Công tác vận hành cho thấy rằng, để có thể kịp thời đưa ra các lệnh điều độ phù hợp nhằm ngăn chặn các sự cố mất điện diện rộng, nhân viên vận hành cần được trang bị các công cụ đủ mạnh để phân tích, đưa ra được các cảnh báo nhanh chóng, chính xác về tình trạng vận hành của hệ thống điện trong hệ thời gian thực.

Hiện trạng và thực tế nêu trên đã dẫn đến nhu cầu cấp thiết cần “tăng cường khả năng quan sát và đánh giá nhanh trạng thái làm việc của HTĐ trong thời gian thực, từ đó đưa ra các cảnh báo, hoặc các quyết định điều chỉnh điều khiển phù hợp nhằm giải trừ nguy cơ xảy ra các sự cố lớn trong HTĐ”. Để thực hiện được yêu cầu trên, cần có hệ thống đo lường giám sát hệ thống điện trên diện rộng, kết hợp với các công cụ tính toán phù hợp để đánh giá trạng thái làm việc của HTĐ trong thời gian thực.

Hệ thống đo lường, giám sát và bảo vệ diện rộng khai thác các tiến bộ mới nhất trong các kỹ thuật về cảm biến, truyền thông, máy tính, thuật toán và đặc biệt là công nghệ đo lường được đồng bộ hóa. Sự xuất hiện của các thiết bị đo góc pha được đồng bộ hóa (Phasor Measurement Unit) đã làm nên cuộc cách mạng toàn diện trong lĩnh vực giám sát, điều khiển và bảo vệ hệ thống điện. Thiết bị đo dữ liệu đồng bộ pha (PMU) là một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống giám sát diện rộng (WAMS) có áp dụng Synchrophasor hiện nay.

Qua các phân tích trên thì thiết bị đánh giá, ghi lại các sự cố (FR – Fault Recorder), đo dữ liệu đồng bộ pha (PMU – Phase Measurement Unit) và đánh giá các thông số, chất lượng lưới điện (PQ – Power Quality) là vô cùng quan trọng.

Hình 1: Cấu trúc hệ thống giám sát

2. Cơ sở pháp lý

– Trang bị hệ thống FR/PMU:

+ Công văn số 6369/VPCP-KTN ngày 01/08/2013 của Văn phòng Chính phủ;

+ Thông tư số 25/2016/TT-BCT của Bộ Công thương về Quy định Hệ thống điện Truyền tải;

+ Đối với các nhà máy đấu lưới 110kV trở xuống: Trang bị theo thỏa thuận rơle bảo vệ đã thống nhất.

– Trang bị hệ thống giám sát chất lượng điện năng PQ:

+ Theo nội dung thỏa thuận đấu nối, rơle bảo vệ đã được thống nhất với Đơn vị quản lý lưới điện và Cấp điều độ có quyền điều khiển.

3. Chức năng của hệ thống FR và PQ

– Hỗ trợ giám sát các phần tử của nhà máy bằng việc đo lường các thông số của các ngăn lộ;

– Lưu trữ thông tin sự cố xảy ra trong nhà máy làm cơ sở dữ liệu cho các phân tích tìm nguyên nhân sự cố, phân tích chuyên sâu, thí nghiệm các thiết bị role bảo vệ cũng như đánh giá tính chính xác của các giá trị chỉnh định;

– Hỗ trợ giám sát dự phòng các chức năng và các thiết bị bảo vệ;

– Thực hiện các tính toán có độ chính xác cao để cung cấp thông tin cho việc xử lý sự cố ,nhanh chóng khôi phục hệ thống sau sự cố.

Hình 2: Công nghệ đo lường PMU

4. Giải pháp trang bị thiết bị

– Trang bị cho các ngăn lộ có cấp điện áp ≥110kV của nhà máy;

– Trang bị các thiết bị phục vụ kết nối và đồng bộ thời gian: Router, Ethernet switch, cáp quang, thiết bị đồng bộ thời gian,…

– Thiết lập 01 kênh thông tin để kết nối hệ thống ghi sự cố của nhà máy với hệ thống giám sát và thu thập tín hiệu tại Trung tâm điều điều độ HTĐ Miền (từ Ax kết nối với A0);

– Các thiết bị FR phải được kết nối với hệ thống đồng bộ thời gian GPS qua tiêu chuẩn IRIG-B hoặc các tiêu chuẩn khác tương đương;

– Các tín hiệu U/I cho chức năng FR/PMU sẽ được lấy từ các cuộn bảo vệ của thiết bị đo của các ngăn lộ ≥110kV’

– Các tín hiệu U/I được đấu nối đến các cuộn đo lường của các thiết bị đo (biến dòng điện, biến điện áp) tại điểm đo đếm cho chức năng PQ’

– Tín hiệu đầu vào số:

+ Các đầu vào số của bộ ghi sự cố FR dùng để giám sát trạng thái của các thiết bị đóng cắt, các tín hiệu của hệ thống role bảo vệ,…

+ Các tín hiệu từ hệ thống role bảo vệ có thể lấy trực tiếp từ các output của các role hoặc lấy từ hệ thống giám sát điều khiển của trạm thông qua chuẩn giao thức truyền thông (ví dụ: IEC 61850 – GOOSE Message);

+ Việc lấy các tín hiệu đảm bảo cho người vận hành có thể biets được máy cắt được cắt bằng chức năng bảo vệ gì và cấp mấy tác động (lấy đến mức cấp tín hiệu tác động);

– Các yêu cầu chung của các hệ thống:

+ Hệ thống giám sát ghi sự cố FR, đo chất lượng điện năng (PQ) được trang bị phải tương thích và có khả năng kết nối với hệ thống phần cứng, phần mềm đang được trang bị tại Trung tâm điều độ A0/AX (FR/FQ: Sicam PQS/Digsi/PQ Analyzer; WAM: Siguard PDP) để có thể thu thập các bản ghi, phân tích đánh giá sau sự cố cũng như điều khiển, cài đặt từ xa các thiết bị ghi sự cố, đo góc pha, giám sát chất lượng điện năng PQ;

+ Thiết bị ghi sự cố FR/PQ/PMU phải có số đầu vào tương tự và số đủ lớn để đảm bảo thu thập đầy đủ các tín hiệu của các thiết bị và ngăn lộ theo yêu cầu;

+ Giao thức từ hệ thống giám sát ghi sự cố đến thiết bị ghi sự cố (FR): qua giao thức TCP/IP và gửi bản ghi theo giao thức IEC 61850, các bản ghi thu nhận được theo định dạng COMTRADE với đầy đủ các tín hiệu tương tự và tín hiệu số trên cùng 1 bản ghi;

+ Giao thức từ hệ thống giám sát diện rộng đến thiết bị đo góc pha (PMU): qua giao thức TCP/IP và gửi dữ liệu (frame) theo giao thức IEEE C37.118 và dữ liệu thu nhận được đáp ứng tiêu chuẩn IEEE C37.118;

+ Giao thức từ hệ thống giám sát chất lượng điện năng đến thiết bị đo chất lượng điện năng (PQ): theo giao thức TCP/IP và gửi bản ghi theo giao thức IEC 61850.

5. PM180 – Đồng hồ đa chức năng: phân tích chất lượng điện năng PQ, ghi lỗi sự cố FR và đo lường pha PMU 

– Được thành lập vào năm 1987, SATEC là công ty hàng đầu (top 3) toàn cầu trong việc nghiên cứu, phát triển và sản xuất các giải pháp quản lý năng lượng. Với hai thập kỷ kinh nghiệm phong phú trong quản lý năng lượng, đội ngũ của SATEC có chuyên môn công nghệ để cung cấp các giải pháp linh hoạt cho các ứng dụng của khách hàng trên toàn thế giới từ các ứng dụng cơ bản đến các thiết bị chuyên dụng phân tích chất lượng điện năng:

+ tự động hóa và điều khiển trạm;

+ giám sát chất lượng điện;

+ năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, gió, …);

+ ứng dụng công nghiệp;

+ đo lường DC;

+ trung tâm dữ liệu,…

– Sản phẩm của SATEC đáp ứng hầu hết các ứng dụng, các vị trí, mục đích lắp đặt, đo lường khác nhau. Từ các ứng dụng đo lường cơ bản đến các thiết bị chuyên dụng phân tích chất lượng điện năng. Hỗ trợ đa dạng các giao thức truyền thông công nghiệp: modbus RTU, TCP/IP, IEC 61850…

– Các tính năng nổi bật của SATEC như:

+ Tính modular: SATEC nâng cao tính module, cung cấp nhiều tùy chọn giao tiếp cho khách hàng lựa chọn, I/O số/ tương tự, chức năng có thể lựa chọn,… để điều chỉnh phù hợp với giải pháp và tính năng mà khách hàng yêu cầu;

+ Nhiều chức năng tích hợp trong một thiết bị: ngoài phân tích chất lượng điện năng, thiết bị còn có khả năng lưu trữ, ghi lại lỗi, đo phasor (theo IEEE C37.118), sử dụng các tùy chọn I/O, tính toán tiền điện,…

+ Độ bền và độ tin cậy cao: Sản phẩm đáp ứng các yêu cầu khắt khe về tiện ích và yêu cầu của người dùng trên toàn thế giới (môi trường, độ ẩm, chịu quá điện áp,…)

+ Kết nối: Với các giao thức truyền thông như IEC 61850, IEC 60870-5-101/104, DNP3, BACNet và Modbus, các thiết bị của SATEC hướng tới khả năng kết nối tối ưu và khả năng tương tích với SCADA, tự động hóa trạm.

+ Độ chính xác cao: Độ chính xác 0.2S, 0.5S, Class A IEC 61000-4:30. Ngoài ra, SATEC đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn chính xác tiên tiến nhất về Thiết bị đo lường và giám sát điện năng (IEC 61557-12: 2018, PMD),…

Hình 3: Đồng hồ đa năng của SATEC

– Thiết bị phân tích chất lượng điện được chứng nhận IEC 61000-4-30 Class A Edition 3, PM180 được thiết kế như một thiết bị module có thể bổ sung tối đa 3 module , cho phép nhiều chức năng khác nhau. Thiết bị cho phép thiết kế tiết kiệm cả về mặt chi phí và không gian, nâng cao tính linh hoạt;

Hình 4: Đồng hồ đa chức năng PM180

– Tính năng:

+ Đồng hồ đo năng lượng & công suất đa chức năng: đo điện áp, dòng điện, công suất, doanh thu, TOU,…

+ Kênh đo lường và bảo vệ đa dạng;

+ Đo lường và phân tích sóng hài: THD, TDD, K-factor, sóng hài lên tới bậc 63;

+ Đồng bộ thời gian thực và đồng bộ hóa: Đầu vào IRIG-B hoặc đồng hồ vệ sinh cho cơ sở thời gian chung, SNTP,..

+ Bộ điều khiển trong trạm biến áp: Hỗ trợ IEC 61850

+ Đo lường đảm bảo tuân theo các tiêu chuẩn cao nhất trên thị trường;

+ Bảo vệ sự cố và ghi dữ liệu: Bộ nhớ trong 256MB, ghi dữ liệu dạng sóng trước và sau sự cố, lên đến 20 chu kỳ trước sự cố;

+ Xác định khoảng cách lỗi;

+ Thiết bị đo phasor: theo IEEE C37.118;

+ Giám sát động cơ & tải lớn;

+ Dải đầu vào điện áp rộng;

+ Dải đầu vào dòng điện rộng;

+ Hỗ trợ đa dạng cổng truyền thông và giao thức khác nhau: Ethernet, RS232/422/485, Modbus RTU, IEC 61850, MMS & GOOSE Messaging, IEC 60870-5-101/104,..;

+ Khả năng tự động hóa và điều khiển nâng cao;

+ Thiết kế và xây dựng mạnh mẽ.

Hình 5: Kết nối PM180 với chức năng ghi lỗi (DFR) và đo lường pha (PMU)

– Thực tế, trong năm 2020, Công ty Điện lực Israel (IEC) đã ra hồ sơ thầu về cung cấp thiết ghi lỗi sự cố trong các phòng role, điều khiển của trạm để ghi nhiễu, tính toán khoảng cách lỗi và phần mềm thu thập. Đi kèm là yêu cầu chức năng đo phasor, tuân thủ theo IEEE C37.118. SATEC đã trúng thầu gói thầu này và thiết bị cung cấp là PM180 với module FDR (Fault digital recorder) và PMU (Phasor measuring unit). SATEC sẽ cung cấp cho Công ty Điện lực Israel hơn 700 thiết bị PM180 trong vài năm tới.

Hình 6: Báo cáo lỗi

– Quý khách hàng tìm thêm hiểu thông tin tại:

+ https://www.satec-global.com/DFR-PMU-tender-news

+ https://mese.vn/vi/pm180-thiet-bi-phan-tich-chat-luong-dien-nang.html