Nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các TBA 110kV, EVNCPC đã tập trung triển khai các giải pháp nâng cấp hệ thống bảo vệ điều khiển các TBA, thiết lập hệ thống giám sát điều khiển xa từ TTĐK, chuyển các TBA về chế độ vận hành không người trực. Tuy nhiên, đối với các TBA 110kV truyền thống, việc nâng cấp cải tạo hệ thống điều khiển để đáp ứng các yêu cầu giám sát điều khiển xa khá phức tạp, đòi hỏi kinh phí lớn, thời gian thi công gây mất điện kéo dài. Năm 2016, trên cơ sở đánh giá năng lực và kinh nghiệm của PC Thừa Thiên Huế trong việc triển khai các dự án tự động hóa, EVNCPC đã giao PC Thừa Thiên Huế thực hiện dự án mở rộng kết nối các TBA 110kV về TTĐK. Trong đó, hạng mục quan trọng của dự án là cải tạo nâng cấp hệ thống điều khiển các TBA 110kV Cầu Hai, Phú Bài để đảm bảo yêu cầu kết nối với TTĐK.

cau-hai-phu-bai-sa

Các trạm 110kV truyền thống là các TBA sử dụng cáp đồng để kết nối hệ thống bảo vệ, điều khiển và đo lường. Trong giai đoạn từ 2003 đến 2012, một số trạm 110kV truyền thống của EVNCPC đã được nâng cấp bằng các thiết bị bảo vệ điều khiển số, các rơle bảo vệ đã hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp, tuy nhiên việc kết nối điều khiển xa vẫn sử dụng giải pháp RTU với tủ đấu dây tập trung. Việc nâng cấp cải tạo hệ thống điều khiển các TBA 110kV truyền thống rất khó khăn vì các thiết bị được lắp đặt ở nhiều thời điểm khác nhau, từ nhiều hãng sản xuất khác nhau nên không đồng bộ, không hỗ trợ đầy đủ các chức năng truyền thông. Hai TBA 110kV Phú Bài và Cầu Hai là các TBA 110kV truyền thống, có các thiết bị tương đối cũ, hệ thống bảo vệ là rơle kỹ thuật số của nhiều hãng, đa phần chỉ hỗ trợ giao thức truyền thông theo chuẩn serial (IEC103, Modbus), một số rơle được thay thế mới đã hỗ trợ giao thức truyền thông IEC61850. Hệ thống mạch nhị thứ bằng cáp đồng phức tạp, sửa chữa cải tạo nhiều lần nên có nhiều sai khác so với sơ đồ xuất xưởng. Hai TBA đã được kết nối với hệ thống SCADA A3 và B34 qua thiết bị các RTU với các tín hiệu I/O tập trung, tuy nhiên số lượng tín hiệu thu thập được từ các thiết bị RTU của A3 và B34 về cơ bản chỉ đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống của các cấp điều độ.

Giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển 2 TBA 110kV phải đáp ứng yêu cầu thu thập đầy đủ số lượng tín hiệu phục vụ giám sát điều khiển trạm từ TTĐK, tối ưu hóa chi phí đầu tư và đồng thời hạn chế thấp nhất thời gian cắt điện thi công. Trên cơ sở khảo sát hiện trạng hệ thống bảo vệ điều khiển tại các TBA, kiểm tra đánh giá năng lực các thiết bị điều khiển và rơle bảo vệ, đặc biệt là các chức năng truyền thông, phương án đề xuất sử dụng giải pháp sử dụng RTU làm thiết bị tập trung và chuyển đổi tín hiệu, kết hợp các thiết bị chuyển đổi giao thức, I/O Unit lắp đặt phân tán để hoàn chỉnh hệ thống giám sát điều khiển xa của các TBA, phương án cụ thể như sau:

Thành phần quan trọng trong hệ thống tự động hóa của TBA là thiết bị RTU/Gateway, do đó việc lựa chọn thiết bị RTU/Gateway phù hợp, có độ ổn định cao, dễ dàng cấu hình bảo dưỡng nâng cấp là yêu cầu then chốt của giải pháp kỹ thuật. Hiện nay các hệ thống tự động hóa TBA sử dụng 2 giải pháp là máy tính Gateway và RTU.

rtu-va-gw

Máy tính Gateway là giải pháp phổ biến trong các hệ thống tự động hóa các TBA 110kV. Giải pháp sử dụng máy tính công nghiệp có cấu hình mạnh với hệ điều hành Windows cài đặt các phần mềm có chức năng tập trung dữ liệu, biên dịch giao thức, xây dựng và hiển thị giao diện vận hành (Survalent, Pasic, SYS600, SDG..). Do làm việc trực tiếp trên môi trường Windows nên ưu điểm của máy tính Gateway là rất linh động trong việc cấu hình dữ liệu, thiết lập truyền thông, dễ dàng nâng cấp mở rộng. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của máy tính là khả năng ổn định khi làm việc lâu dài trong môi trường công nghiệp, đặc biệt là giới hạn nhiệt độ làm việc. Bên cạnh đó hệ điều hành Windows không được tối ưu cho các thiết bị phần cứng chuyên dùng cũng như cho ứng dụng điều khiển, thường xảy ra các lỗi về “driver” điều khiển dẫn đến treo truyền thông hoặc treo hệ thống, thời gian khởi động khôi phục hệ thống kéo dài. Mặt khác, thiết bị máy tính công nghiệp và phần mềm Gateway có chi phí đầu tư tương đối cao.

RTU (Remote Terminal Unit) thực chất là các máy tính được tối ưu hóa phần cứng, phần mềm để chuyên dùng cho các ứng dụng công nghiệp. Thiết bị chủ yếu sử dụng các hệ điều hành nhúng trên nhân Linux hoặc Unix. Với các thiết bị RTU thế hệ cũ, cấu hình tương đối thấp, dung lượng tín hiệu và giao diện truyền thông hạn chế, khó nâng cấp mở rộng. Tuy nhiên, với các RTU thế hệ mới được xây dựng trên các cấu hình phần cứng mạnh, giao diện truyền thông dễ dàng mở rộng theo module gắn rời. Các tập tin cấu hình thiết bị được biên dịch bằng các phần mềm trên Windows nên dễ dàng chỉnh sửa nâng cấp. Thiết bị dễ dàng đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về môi trường, điện từ trường nên có thể hoạt động ổn định liên tục trong điều kiện vận hành các TBA. Thiết bị có chi phí đầu tư tương đối thấp, phù hợp cho các giải pháp nâng cấp mở rộng các TBA truyền thống. Với các phân tích trên, TTHPC đã lựa chọn sử dụng thiết bị RTU560 CMU05 (ABB) và iGW-S/B (iGrid) cho giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển các TBA.

Để khai thác các tín hiệu đã được thu thập từ hệ thống RTU hiện hữu, giải pháp thực hiện ghép các tín hiệu thu thập trên các RTU của A3 và B34 qua giao thức truyền thông IEC 60870-5-104 lên thiết bị RTU560CMU05, thiết bị này thực hiện chức năng tập trung và chuyển đổi dữ liệu (Gateway) để kết nối tín hiệu từ các RTU hiện hữu và chuyển đổi dữ liệu các đối tượng giám sát điều khiển được thu thập được từ các RTU thành các tín hiệu cung cấp trên kênh truyền kết nối với TTĐK. Do thiết bị RTU Xcell CRP-031 của hệ thống SCADA A3 chỉ hỗ trợ giao thức IEC 60870-5-101, phương án thực hiện nâng cấp card xử lý truyền thông CRP-031 bằng card CPR-041 hỗ trợ kênh kết nối IEC 60870-5-104, duy trì kênh IEC 60870-5-101 kết nối với hệ thống SCADA của A3, kênh IEC 60870-5-104 được kết nối với RTU560 qua hệ thống mạng của TBA.

Một số rơle được lắp đặt mới đã hỗ trợ giao thức truyền thông IEC 61850, giải pháp thực hiện kết nối trực tiếp kênh IEC61850 của rơle lên RTU560 thông qua kết nối mạng LAN. Để thu thập các tín hiệu giám sát bảo vệ từ hệ thống rơle, sử dụng thiết bị chuyển đổi giao thức truyền thông (Protocol Conversion Unit – PCU) kết nối với các rơle theo giao thức IEC 60870-5-103 hoặc Modbus, chuyển đổi tín hiệu thành giao thức IEC 61850 để kết nối với RTU560. Phương án sử dụng PCU iGW-S/B của hãng iGrid (Tây Ban Nha), đây là thiết bị được ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa TBA, có khả năng chuyển đổi giữa các giao thức truyền thông. Dữ liệu từ các thiết bị IEDs (rơle, đo đếm hợp bộ..) với nhiều loại giao thức khác nhau (IEC 60870-5-101/103/104; DNP3, Modbus, DLMS, IEC61850..), có thể được chuyển đổi thành các giao thức thông dụng trong hệ thống SCADA như IEC 60840-5-101/104, DNP3). Thiết bị hỗ trợ nhiều giao diện kết nối: các giao diện theo chuẩn serial (RS232/RS422/R485) và Ethernet 10/100 BaseTX port (RJ45 hoặc quang), có khả năng tương thích với các giao diện kết nối của hầu hết các loại rơle tại các trạm.

PCU hỗ trợ các mở rộng kết nối bằng I/O modules để thu thập các tín hiệu đầu vào (Input) dạng digital hoặc analog và cung cấp các kênh đầu ra (Output) dạng rơle. Các I/O modules được kết nối với PCU theo chuẩn truyền thông RS422/RS485 nên có thể bố trí thuận lợi tại các vị trí thu thập tín hiệu. PCU và các I/O modules đáp ứng các tiêu chuẩn điện từ và môi trường cao, có khả năng làm việc lâu dài trong môi trường khắc nghiệt, đồng thời thiết bị có kích thước gọn nhỏ, dễ lắp đặt phù hợp với không gian tủ bảng hiện hữu của các TBA.

pcu-igwb

Các tín hiệu trạng thái, điều khiển tại các ngăn lộ chưa được giám sát từ các RTU sẽ được thu thập bổ sung thông qua các thiết bị I/O unit lắp đặt phân tán tại các ngăn tủ bảng, giải pháp này sẽ hạn chế được việc thi công mới các tuyến cáp điều hiển. Các I/O unit này được kết nối với PCU theo giao thức Modbus để cung cấp thông tin thiết bị lên RTU560. Các tín hiệu đo lường được PCU thu thập qua các thiết bị hợp bộ đo lường (Multimeter) với với đường truyền RS458 theo giao thức Modbus. Các tín hiệu đo lường chưa được thu thập qua Multimeter, sử dụng các kênh đầu vào analog qua các Transducer tương tự.

Các switch chuẩn công nghiệp được lắp đặt tại các gian tủ bảng có nhiệm vụ thiết lập mạng LAN của mức ngăn lộ. Switch mức ngăn hỗ trợ tối thiểu 12 giao diện Ethernet 10/100 MBps (RJ45) và 02 giao diện quang SFP. Các rơle và PCU kết nối với các switch qua các giao diện RJ45, có khả năng chạy đồng thời các dịch vụ của giao thức truyền thông trên nền giao thức TCP/IP. Switch mức ngăn lộ kết nối với switch mức trạm bằng cáp quang qua các modules SFP nhằm đảm bảo ổn định kết nối.

Để đồng bộ thời gian trong hệ thống xử lý tín hiệu bảo vệ điều khiển tại TBA, phương án sử dụng thiết bị đồng bộ thời gian GPS theo chuẩn SNTP kết nối vào mạng của hệ thống giám sát điều khiển. Thiết bị cung cấp kênh thời gian mẫu cho tất cả các thiết bị rơle và PCU hỗ trợ giao thức SNTP theo giao diện Ethernet.

Để đảm bảo nguồn điện cấp cho các PCU, switch ổn định, có khả năng dự phòng trong trường hợp mất nguồn tự dùng AC, phương án sử dụng nguồn 220VDC tại trạm cấp cho các modules nguồn 220VDC/24VDC. Các thiết bị sử dụng nguồn 220VAC được bổ sung thiết bị chuyển đổi Inverter 220VDC/220VAC.

tu-rtu

Giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển sử dụng thiết bị tập trung và chuyển đổi tín hiệu bằng RTU kết hợp các PCU, I/O Unit lắp đặt phân tán đã được thực hiện thành công cho TBA 110kV Phú Bài, Cầu Hai. Qua thời gian theo dõi vận hành, các tín hiệu được thu thập đầy đủ, chính xác, hệ thống làm việc ổn định, tin cậy và đáp ứng yêu cầu thời gian thực.

Dự án mở rộng kết nối điều khiển xa các TBA 110kV về TTĐK tại PC Thừa Thiên Huế đã hoàn thành đúng tiến độ với nhiều giải pháp công nghệ được triển khai thành công và mang lại hiệu quả cao. Dự án cũng đã khẳng định năng lực của các cán bộ kỹ sư PC Thừa Thiên Huế trong việc chủ động các giải pháp công nghệ tự động hóa lưới điện cũng như TBA.

Theo: Điều độ B34