Truy xuất và cài đặt Rơle từ xa

Thứ năm - 02/05/2019 04:40
Tóm tắt: Báo cáo trình bày về hiện trạng hệ thống Rơle bảo vệ tại Tổng Công ty Điện lực miền Nam, các khó khăn trong quá trình thực hiện công tác cài đặt, truy xuất Rơle khi có nhu cầu thay đổi trị số hoặc chiết xuất dữ liệu phục vụ công tác điều tra, phân tích sự cố. Từ đó giới thiệu giải pháp khắc phục bằng việc triển khai hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle từ xa trên cơ sở tận dụng hạ tầng của hệ thống SCADA, thông tin liên lạc hiện hữu, góp phần chung vào chủ trương vận hành không người trực các trạm biến áp 110/22kV của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Tổng Công ty Điện lực miền Nam.
  1. HIỆN TRẠNG:
Để đáp ứng nhu cầu phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện tại khu vực miền Nam nói riêng và cả nước nói chung hàng năm phải đầu tư xây dựng thêm các trạm biến áp và đường dây 110kV. Hiện nay, phạm vi quản lý của Tổng Công ty Điện lực miền Nam đang quản lý khoảng 198 trạm biến áp 110/22 kV (Công ty Lưới điện Cao thế miền Nam quản lý 172 trạm, Công ty Điện lực Đồng Nai quản lý 26 trạm), hàng năm đưa vào vận hành thêm trung bình 07-10 trạm. Trong quá trình vận hành, đơn vị quản lý phải luôn theo sát các thiết bị, báo cáo, phân tích nhanh khi xảy ra sự cố trên lưới điện để tìm nguyên nhân xử lý và khôi phục lại hệ thống.
Theo thống kê của Công ty Lưới điện Cao thế miền Nam đến tháng 07/2017, số lượng và chủng loại Rơle bảo vệ hiện đang sử dụng tại các trạm biến áp trên 3300 Rơle các loại [1]; thuộc các hãng sản xuất Siemens, ABB, Toshiba, SEL và Areva/ Alstom/ Schneider (series Pxxx); đối với các hãng sản xuất Cooper, Merlin, Gec Alsthom, AEG,... hiện nay không còn nhiều và đang được thay thế dần do không hỗ trợ kết nối SCADA.
Bảng 1: Thống kê số lượng và chủng loại Rơle bảo vệ trên lưới SGC tính đến tháng 07/2017 [1]
STT Hãng sản xuất Số lượng vận hành (cái) Tỉ lệ/ tổng số vận hành (%) Ghi chú
1 Siemens 618 18,7  
2 ABB 292 8,9  
3 Toshiba 919 27,9  
4 SEL 343 10,4  
5 Alstom/Areva/ Schneider chủng loại Micom Pxxx 1030 31,2  
Đối với  mỗi hãng sản xuất Rơle, tùy thuộc vào từng chủng loại sẽ sử dụng phần mềm, dây giao tiếp và cổng kết nối khác nhau.
Bảng 2: Thống kê phần mềm, cổng giao tiếp Rơle đang vận hành [3]
STT Hãng sản xuất Phần mềm giao tiếp Cổng giao tiếp Ghi chú
1 Siemens DIGNI IV
DIGSI V
RS232
 USB
RJ45
 
2 ABB PCM 600 RJ45  
3 Toshiba RSM 100
GR - TIEMS
RS232
USB
 
4 SEL QuickSet RS232  
5 Alstom/Areva/ Schneider chủng loại Micom Pxxx Micom S1 Studio RS232  
Hình 1: Cổng và dây giao tiếp Rơle Toshiba GRE-140
Hình 2: Giao diện phần mềm DIGSI V của Siemens
Do đó, với số lượng và chủng loại Rơle bảo vệ đang vận hành trên lưới nhiều và đa dạng, phạm vi địa lý rộng lớn, trải dài 21 tỉnh thành phía Nam, đơn vị Quản lý vận hành gặp nhiều khó khăn khi có yêu cầu cần thực hiện nhanh chóng công tác truy xuất và phân tích dữ liệu sự cố; cũng như công tác quản lý, truy cập, cài đặt thay đổi trị số Rơle bảo vệ.
  1. GIẢI PHÁP TRUY XUẤT RƠLE TỪ XA:
Năm 2017 Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã triển khai hoàn chỉnh hệ thống SCADA, kết nối ổn định 170 trạm biến áp (TBA)110/22kV trực thuộc Công ty Lưới điện Cao thế miền Nam và tiến tới sẵn sàng kết nối các TBA thuộc phạm vi quản lý của Công ty Điện lực Đồng Nai; đồng thời đã xây dựng 20 Trung tâm điều khiển xa (TTĐKX) đặt tại trụ sở của 20 Chi nhánh điện Cao thế các tỉnh phía Nam. Với hạ tầng hiện có, công tác triển khai hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle từ xa gặp nhiều thuận lợi.
Hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle từ xa được thết kế cung cấp khả năng truy cập và cài đặt Rơle từ TTĐKX về các trạm biến áp 110/22kV trong phạm vi quản lý:
  • Tại Trung tâm Điều khiển xa: Trang bị 01 máy tính chuyên biệt cho công tác truy xuất và cài đặt Rơle từ xa; được cài đặt đầy đủ các phần mềm Rơle chuyên dụng. Để đảm bảo tính bảo mật, máy tính chỉ được kết nối với hệ thống mạng sử dụng riêng cho truy xuất xa và cách ly với mạng Internet dân dụng; đồng thời nhằm ngăn chặn trường hợp kết nối vào mạng nội bộ của hệ thống để truy cập Rơle, hệ thống truy xuất xa còn sử dụng Router để định tuyến (01 đặt tại TTĐKX và 01 đặt tại các TBA), chỉ cho phép duy nhất máy tính chuyên biệt truy cập vào Rơle.
  • Tại các trạm biến áp: Kết nối các Rơle bảo vệ và tận dụng đường truyền cáp quang của hệ thống HMI sử dụng cho TTĐKX để truyền dữ liệu về TTĐKX.
Hình 3: Sơ đồ kết nối tổng thể trong phạm vi TTĐKX
Với đặc điểm hệ thống Rơle bảo vệ hiện tại, bao gồm các Rơle mới hỗ trợ giao thức IEC 61850 có kết nối giao tiếp qua cổng mạng RJ45 và các Rơle chỉ hỗ trợ giao thức IEC 60870-5-103 có kết nối giao tiếp qua cổng USB hoặc cổng số (Serial RS232). Việc kết nối Rơle bảo vệ vào hệ thống truy xuất và cài đặt từ xa sẽ được thực hiện theo 02 phương án:
  • Phương án 1: Kết nối Rơle hỗ trợ giao thức IEC 61850 trực tiếp qua cổng mạng RJ45.
  • Phương án 2: Kết nối Rơle chỉ hỗ trợ giao thức IEC 60870-5-103 qua bộ chuyển (Converter) USB/RJ45 hoặc RS232/RJ45.
Hình 4: Thiết kế bố trí lắp đặt thiết bị USB/RJ45 Converter [2]
  1. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống:
Hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle từ xa được xây dựng dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đặt ra:
  • Từ TTĐKX truy xuất được tất cả các Rơle của các TBA trong phạm vi quản lý của TTĐKX.
  • Tất cả các thiết bị Rơle bên trong trạm chỉ được truy xuất tại TTĐKX, từ các trạm không thể truy xuất lẫn nhau.
  • Chặn những hoạt động đặt địa chỉ IP trùng lớp với địa chỉ của TTĐKX để truy xuất, cài đặt Rơle ngoài TTĐKX.
  1. Thiết bị sử dụng cho hệ thống:
Tại Trung tâm Điều khiển xa:
  • Máy tính phục vụ truy xuất xa:
  • Bảo mật, có phần mềm diệt virus, hệ điều hàng phù hợp với các chương trình phần mềm Rơle. Tách biệt với mạng Internet dân dụng để bảo mật.
  • Được cài đặt đầy đủ các chương trình, phần mềm kết nối và truy xuất dữ liệu Rơle trong phạm vi quản lý của TTĐKX.
  • Thiết bị chuyển mạch (Switch Công nghiệp):
  • Nhiệm vụ chính là tập trung các kết nối của các trạm biến áp 110kV về TTĐKX để xử lý.
  • Thiết bị định tuyến (Router):
  • Thiết bị hoạt động ở lớp 3 trong mô hình OSI, hiểu được các lớp địa chỉ IP và có khả năng định tuyến chỉ đường đến đúng các Rơle cần truy xuất tại các trạm khác nhau.
  • Nhiệm vụ lọc địa chỉ IP và chỉ đường các tín hiệu truy xuất từ Rơle gửi về TTĐKX.
Tại trạm biến áp 110kV:
  • Thiết bị kết nối Rơle (Ethernet Switch):
  • Thiết bị chuyển mạch độc lập để phục vụ tập trung kết nối tất cả các Rơle bảo vệ vận hành trong trạm.
  • Thiết bị chuyển mạch (Switch Công nghiệp):
  • Thiết bị chuyển mạch độc lập để phục vụ kết nối từ trạm về TTĐKX hoặc làm trung gian cho các trạm khác kết nối về TTĐKX phục vụ cho công tác truy suất Rơle từ xa.
  • Thiết bị định tuyến (Router):
  • Thiết bị hoạt động ở lớp 3 trong mô hình OSI, hiểu được các lớp địa chỉ IP và có khả năng định tuyến chỉ đường đến đúng các Rơle cần truy xuất tại các trạm khác nhau.
  • Nhiệm vụ lọc địa chỉ IP và chỉ đường các tín hiệu truy xuất từ Rơle gửi về TTĐKX.
  • Các Rơle bảo vệ tại trạm:
  • Sử dụng cổng kết nối RJ45, cổng USB hoặc số (RS232/RS485), có hoặc không có hỗ trợ giao thức IEC 61850.
  • Được quy hoạch địa chỉ IP cho từng Rơle, từng trạm để thuận tiện trong  công tác vận hành.
  • USB Server:
  • Nhiệm vụ chuyển đổi cổng USB sang RJ45, để kết nối các Rơle có cổng giao tiếp dạng USB.
  • Serial Server:
  • Nhiệm vụ chuyển đổi cổng Serial (RS232 hoặc RS485) sang RJ45, để kết nối các Rơle có cổng giao tiếp dạng Serial.
Hình 5: Sơ đồ kết nối chi tiết

  1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Tại trạm biến áp:
  • Các Rơle không hỗ trợ IEC 61850 kết nối đến bộ chuyển đổi USB/Serial Server bằng cổng USB, và từ bộ chuyển đổi USB/Serial Server kết nối về Ethernet Switch bằng cổng RJ45.
  • Các Rơle hỗ trợ IEC 61850 kết nối trực tiếp về Ethernet Switch.
  • Từ Ethernet Switch  kết nối vào cổng LAN của Router công nghiệp.
  • Từ cổng WAN của Router công nghiệp kết nối vào cổng điện (RJ45) của Switch công nghiệp.
  • Từ cổng quang (FO) của Switch công nghiệp kết nối vào đường cáp quang cho truy xuất xa.
  • Có thể mở rộng, kết nối thêm các trạm liền kề về về TTĐKX bằng cách kết nối đường cáp quang của các trạm đó về cổng quang của Switch công nghiệp của trạm hiện tại.
Hình 6: Kết nối Rơle bảo vệ về Ethernet Switch
Tại Trung tâm Điều khiển xa:
  • Cáp quang cho truy xuất xa từ trạm biến áp kết nối vào cổng quang của Switch công nghiệp.
  • Từ cổng điện (RJ45) của Switch công nghiệp kết nối vào cổng LAN của Router công nghiệp.
  • Máy tính truy xuất xa kết nối vào cổng LAN của Router công nghiệp.
  1. Hiệu quả:
Kết quả của việc triển khai hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle từ xa:
  • Một máy tính từ TTĐKX kết nối đến từng Rơle bảo vệ tại các trạm biến áp 110/22 kV thuộc phạm vi quản lý, được bảo mật bằng thiết bị định tuyến (Router), chỉ kết nối với hệ thống truy xuất xa, cách ly hoàn toàn với mạng Internet dân dụng.
  • Máy tính truy xuất xa được trang bị đầy đủ phần mềm sử dụng truy cập tất cả Rơle đang vận hành trong phạm vi quản lý của TTĐKX.
  • Cán bộ kỹ thuật phụ trách Rơle được đào tạo tập trung, có khả năng sử dụng, truy xuất thông tin cũng như cài đặt thông số Rơle nhằm phục vụ công tác vận hành và điều tra sự cố, hỗ trợ đơn vị Quản lý vận hành phân tích và báo cáo nhanh khi có sự cố xảy ra trên lưới điện 110kV
  • Nâng cao công tác quản lý hệ thống Rơle bảo vệ trong các trạm biến áp 110/22 kV.
  1. KẾT LUẬN:
Hệ thống truy xuất và cài đặt Rơle là một công cụ hữu hiệu giúp ích cho Đơn vị Quản lý vận hành quản lý hiệu quả hệ thống Rơle bảo vệ. Việc triển khai hệ thống không yêu cầu chi phí đầu tư cao, có khả năng tận dụng hạ tầng sẵn có của SCADA, góp phần chung vào chủ trương vận hành không người trực trạm biến áp 110/22kV của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Tổng Công ty Điện lực miền Nam.
Từ kết quả đã đạt được, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã và đang triển khai áp dụng hệ thống truy xuất và cài đặt từ xa cho tất cả các trạm biến áp 110/22kV hiện hữu, đồng thời áp dụng cho các trạm biến áp sẽ xây dựng trong thời gian sắp tới.
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Công ty Lưới điện Cao thế miền Nam, Báo cáo đánh giá tình trạng vận hành của các Rơle bảo vệ 07/2017.
[2] Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng điện 3, Sơ đồ lắp đặt thiết bị tại tủ 22kV, 409019G-NT-TT-02.
[3] Tài liệu kỹ thuật Rơle các hãng Siemens, ABB, Toshiba, SEL, Alstom, Alstom/Areva/ Schneider.
ThS. PHẠM HỮU NHÂN
PGĐ Cty Thí nghiệm điện miền Nam

Tổng số điểm của bài viết là: 1 trong 1 đánh giá

Xếp hạng: 1 - 1 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết
banner cuoi trang
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây