Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
o0o
NGUYỄN THỊ NĂM NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
PHÂN PHỐI CHO LƢỚI ĐIỆN HUYỆN PHỔ YÊN

Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Nơi sinh: Huyện Phổ Yên – Tỉnh Thái Nguên
Nơi công tác: Trường Cao đẳng Công nghệ và Kinh Tế Công Nghiệp
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguên
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Khóa học: 2010 – 2012
Ngày giao đề tài:
……………………………………………………………………….
Ngày hoàn thành đề tài:
……………………………………………………………………….

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI
CHO LƢỚI ĐIỆN HUYỆN PHỔ YÊN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS – TS. Đặng Quốc Thống
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

PGS – TS Đặng Quốc Thống
DUYỆT BAN GIÁM HIỆU
HỌC VIÊN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
4
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DAS (Distribution automation system) – Hệ thống tự động phân phối
LBS (Load break switch) – Cầu dao cắt tải
RMU (Ring main unit)- Thiết bị mở vòng chính
CB (circuit Breaker)- Máy cắt
DDK - Đƣờng dây không
CPU – Bộ xử lý trung tâm
LP –Máy in kết dây
HC – Sao lƣu ổ cứng
GCR – Màn hình đồ họa
FCB – Máy cắt đƣờng dây
SW - Cầu dao

FSI – Phần tử phát hiện sự cố
CDS – Trung tâm điều khiển
REC – Role tự động đóng lại
RE – Role bảo vệ
FDR – Role phát hiện sự cố
IRR –Tỉ suất hoàn vốn nội tại
NPV – Giá trị lợi nhuận dòng hiện tại

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Khối lƣợng trạm biến áp phân phối huyện Phổ Yên-Thái
Nguyên
Bảng 1-2: Khối lƣợng đƣờng dây phân phối
Bảng 1-3: Tình hình tiêu thụ điện năng huyện Phổ Yên qua các năm
Bảng 1-4: Sự cố vĩnh cửu của đƣờnông trung dây trên không trung thế
Bảng 2-1: So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS)
và cầu dao chân không (VS)
Bảng 2-2: So sánh đƣờng dây thông tin

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
6
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẶC ĐIỂM TÌNH HÌNH HUYỆN PHỔ YÊN

1.1. Đặc thù phát triển kinh tế và dân cƣ huyện phổ Yên
1.1.1. Giới thiệu chung về huyện Phổ Yên
Phổ Yên là huyện trung du của tỉnh Thái Nguyên có 18 đơn vị hành chính, gồm
15 xã và 3 thị trấn. Tổng diện tích toàn huyện là 257km
2

Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
7
Các trạm biến áp phân phối chủ yếu gồm các loại: Trạm xây, trạm treo, trạm
cột.Trong những năm gần đây nhu cầu phụ tải tăng cao việc đầu tư xây dựng trạm
treo khá phổ biến với lý do vốn đầu tư nhỏ, kết cấu gọn nhẹ, tốn ít diện tích.
Bảng 1.1. khối lượng trạm biến áp phân phối huyện Phổ Yên- Tỉnh Thái Nguyên
(tính đến ngày 31/12/2011)

TT
Hạng mục
Số Trạm
Số máy
Dung
Lượng(kVA)
1
35/0,4kV
129
131
81.270
2
22/0,4kV
75
77
48.510
3
10/0,4kV
135
140
88.200

10kV
21,6
1,5
23,6

Tổng cộng
102,08
4,5
107,08

Xu hướng biến động của các đường dây là phát triển nhanh ở cấp điện áp 22kV,
các cấp còn lại dần dần thu hẹp lại.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
8
Các tuyến đường dây trên không thường hay bị vi phạm nghiêm trọng, ảnh
hưởng rất nhạy cảm khi thời tiết thay đổi, thường xuyên xảy ra sự cố trong mùa
mưa bão.Các tuyến cáp ngầm đang vận hành chất lượng không đồng đều. Đại đa số
các tuyến xây dựng trước đây đều đã xuống cấp, không đảm bảo chất lượng( cách
điện kém, tiết diện nhỏ ) nên mỗi khi bị sự cố thời gian mất điện thường bị kéo dài.
c. Tình hình sử dụng thiết bị đóng cắt
Hiện nay do lưới phân phối chủ yếu là lưới 10kV (chiếm 16%), lưới 35kV
(chiếm 40,5%), việc lắp đặt dao cách ly(DISCONNECTING SWITCH- DS) ở cấp
điện áp 10kV, 35kV là rất lớn, cầu dao cắt tải (LOAD BREAK SWITCH- LBS)
chiếm tỷ trọng nhỏ.
Còn với lưới 22kV (chiếm 43,5%) thiết bị đóng cắt chủ yếu được sử dụng là dao
cắt tải (LBS), tại nhiều trạm biến áp phân phối 22kV có lắp đặt thiết bị mở vòng
chính (Ring main Unit- RMU).
Ngoài ra, tại một số vị trí trên lưới phân phối có sử dụng một số thiết bị đóng cắt

trung vào chủ yếu ở các thành phần ánh sáng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại
dịch vụ. Quy luật này phù hợp với cơ chế thị trường và chính sách đổi mới của nền
kinh tế huyện Phổ Yên.
Bảng 1.2: Tình hình tiêu thụ điện năng huyện phổ Yên qua các năm

Năm
Điện nhận
(triệu kWh)
Điện thương
phẩm(triệu
kWh)
Tăng trưởng
điện TP (%)
2005
1.550,5
1.270,0
16
2006
1.834,4
1.535,3
20,8
2007
1.993,2
1.689,0
10
2008
2.190,7
1.949,5
15,4
2009

Năm
Tài sản công ty
Tài sản khách hàng
Tổng hợp
Số vụ
Thời
gian
Xuất
s.cố
Số vụ
Thời
gian
Xuất
s.cố
T.gian/
vụ
Xuất
s.cố
2005
18
48,50
8,92
1
4,0

2,96
18,7
2006
14
42,25


2,0
8,2
2010
21
58,5
10,5
1
3,5

2,5
11,5
2011
18
48,50
8,92
1
4,0

2,4
7,25

1.4.Phân tích đánh giá sự cần thiết phải đầu tƣ cải tạo tự động hóa lƣới điện
phân phối
Như các phần trên đã trình bày, lưới phân phối trung thế huyện Phổ Yên đang
được vận hành với nhiều cấp điện áp khác nhau, kết cấu lưới phức tạp nên gây
nhiều khó khăn cho việc quản lý vận hành.
Thiết bị đóng cắt phần lớn là cầu dao phụ tải hoặc tủ cầu dao phụ tải RMU. Đây
là những thiết bị thao tác đóng cắt bằng tay, khả năng xử lý cấp điện khi sự cố hoàn
toàn phụ thuộc vào người vận hành dẫn đến xuất hiện sự cố còn cao, thời gian xử lý

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
12
CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI ĐIỆN- DAS
(DISTRIBUTION AUTOMATION SYSTEM)

2.1.Mô hình và nguyên lý làm việc của hệ thống tự động phân phối
Như đã trình bày ở trên hệ thống DAS, là hệ thống cho phép người vận hành có thể
quản lý và điều khiển hệ thống phân phối bằng máy tính lắp đặt tại trung tâm điều
độ. Theo thực tế vận hành và đầu tư của nhật bản, mô hình dự án lắp đặt hệ thống
DAS được phát triển qua 3 giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1:
Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơ-le phát hiện sự cố cho các đường dây
trung thế. Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm 110kV.
Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bị trên
đường dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại trung tâm điều độ.
Giai đoạn 2:
Lắp bổ sung các thiết bị đầu cuối và đường thông tin để tiếp nhận thông tin tại
các vị trí lắp cầu dao tự động ở các đường dây trung thế.
Tại trung tâm điều độ lắp các bộ nhận điều khiển từ xa, và hệ thống máy tính
để hiển thị lưới trung thế dưới dạng đơn giản.
Dựa trên các thông tin thu được từ xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều
độ sẽ điều khiển đóng cắt các cầu dao tự động để cách ly phần bị sự cố trên máy
tính.
Giai đoạn 3:
Giai đoạn 3 là giai đoạn nâng cấp các chức năng của giai đoạn 2.
Tại trung tâm điều độ lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh để quản lý vận hành
lưới phân phối trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tự động
Chú thích trên hình vẽ:
Hệ thống DAS được áp dụng khác nhau đối với mô hình lưới điện cụ thể như sau:
2.1.1 Hệ thống tự động phân phối cho các đƣờng dây trên không
2.1.1.1.Các thiết bị của DAS- Giai đoạn 1
CPU
LP
HC
G-CRT
FCB
SW
FDR
SPS
RTU
TCM
CD
CRT
Bộ xử lý trung tâm
Máy in kết dây
Sao lưu ổ cứng
CRT đồ họa
Máy cắt đường dây
Cầu dao
Rơle phát hiện sự cố
Cầu dao nguồn cấp
Thiết bị đầu cuối
Máy chủ điều khiển từ xa
Bàn điều khiển
Màn hình điện tử

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
14
(1) Thiết bị lắp trên cột đường dây:
1) SW- cầu dao cắt tải tự động
2) FDR- rơle phát hiện sự cố
3) SPS- Máy biến áp cấp nguồn cho cầu dao cắt tải tự động.
(2) Thiết bị lắp trong trạm 110kV:
1) FSI- thiết bị chỉ vùng bị sự cố.
2) ARR- Thiết bị tự động đóng lại.
3) FCB- Máy cắt đường dây.
Sơ lược tổ hợp hệ thống trong giai đoạn 1 được mô tả trên hình 2-2. Các
máy cắt lộ ra FCB sử dụng thiết bị đã có tại các trạm 110kV.

Quá trình phát hiện và cắt ly vùng sự cố trên lưới trung thế bằng các thiết bị DAS
được mô tả riêng cho đường dây trên không đối với hai loại mạch hình tia và mạch
vòng.
I- HỆ THỐNG DÂY TRÊN KHÔNG HÌNH TIA- hình 2-3 và 2-5 (a):
Hệ thống DDK trung thế hình tia được mô tả điển hình gồm được trục được
phân thành 3 vùng a,b,d tại các điểm A,B,D và hai đường nhánh c,e tại các điểm

Hệ thống DDK trung thế mạch vòng được mô tả điển hình gồm đường trục
được phân thành 6 vùng tại các điểm A,B,D,E,F.Trong đó A là vị trí tủ máy cắt
đường dây tại các trạm 110kV- FCB; các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tự
động trên cột đường dây- SW.
Điểm E là điểm mở của mạch vòng. Thiết bị SW tại điểm E được cài đặt
chức năng luôn mở khi có tín hiệu điện áp ở cả hai phía, chỉ đóng sau khi mất tín
hiệu điện áp một phía với thời gian trễ tính toán trước lớn hơn tổng thời gian trễ của
các phần tử SW có trên mạch vòng.
(1) Điều kiện bình thường, các thiết bị FCB và SW ở trạng thái đóng. Tại
điểm nối vòng, SW-E mở.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
16
(2) khi có sự cố trên đường dây, FCB sẽ tác động cắt lần đầu. Khi FCB cắt,
tất cả các SW trên đường dây trung thế tại B,C,D tự động mở do tín hiệu điện áp
không còn.
(3) Tự động đóng lại lần đầu được thực hiện- FCB đóng.
(4) Sau 7s, thiết bị SW tại B đóng.
(5) Sau 7s tiếp theo,thiết bị SW tại C đóng.
(6) Do sự cố ở phần c, FCB của trạm tác động cắt lần thứ hai. Khi FCB cắt,
SW tại B và C tự động mở. Vì điện áp đường dây đã mất sớm hơn khoảng thời gian
đặt trước Y=5s, nên SW-C bị khóa ở trạng thái mở. Đối với SW-D, dao này sẽ bị
khóa ở trạng thái mở do người vận hành ra lệch thực hiện. Như vậy, vùng sự cố
trong khoảng C và D đã được tự động cách ly.
(7) FCB tự động đóng lại lần thứ hai, SW-B đóng.
(8) SW-E ở điểm nối vùng tự động dóng sau thời gian XL cấp điện đến điểm D.
Theo cách trên phần bị sự cố được cách ly tự động và điên áp được cấp lại.
Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố FSI của trạm có khả năng hiển thị một cách tự động vị
trí gần đúng phần bị sự cố dựa trên thời gian từ lúc FCB đóng lại cho đến khi cắt.
(3) FCB đóng lặp lại.
Vùng a có điện. Đóng lại
lần đầu (4) SW-B đóng lại tự
động (5) SW-D đóng lại tự
động
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
(7) Đóng lại lần thứ hai ■ FCB đóng ●PVS đóng  FCB mở ○ PVS mở

Hình 2-3: Sơ đồ phát hiện phần bị sự cố (hình tia)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
19
Hình 2-5a: Sơ đồ thời gian phục hồi cho hệ thống hình tia

4) CRT: Màn hình màu.
5) PRN: Máy in.
6) Keyboard: bàn phím.
7) CD: Bàn điều khiển.

CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DAS TRONG GIAI ĐOẠN 2 LÀ:
1)Điều khiển cầu dao tự động từ xa.
2) Giám sát các máy biến áp tại trạm, các thông số dòng điện, điên áp của
đường dây và tác động của các rơ-le.
3) Giám sát trạng thái các cầu dao tự động theo thời gian thực.
4) Hiển thị sơ đồ phân phối một sợi trên máy tính.
5) Ghi chép hoạt động bảo dưỡng (thay đổi sơ đồ phân phối, vv.).
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
22
FSP FSP
Tr¹m ph©n phèi
TRD
TCR TCR
TCM
CDL
CPU
PRL
Color CRT
Keyboard
Console
Control Desk
Central Substation
C¸p th«ng tin
Giai §o¹n 1
§-êng d©y ph©n phèi
FDR/RTU
Giai ®o¹n 2
Ghi chó:
TRD:Transducer-Bé biÕn ®æi
TCR:Bé phËn nhËn tÝn hiÖu DK tõ xa
TCM: Bé thu nhËn xö lý th«ng tin
CDL: Khèi kÕt nèi d÷ liÖu m¸y tÝnh
Lun vn thc s k thut
Hc viờn: Nguyn Th Nm CHK 13- TBM&NM
S húa bi trung tõm hc liu
23
Tt c li phõn phi in c hin th trờn bn khu vc. Trng thỏi lm vic
ca ng dõy c hin th bng mu.
Cỏc ng dõy phõn phi khụng mang in c hin th mu xanh lỏ cõy.

Hỡnh 2-7: iu khin v giỏm sỏt li in phõn phi theo thi gian thc
RTU
FCB
SW
RTU
SW
RTU
SW
OCR
DG
TCR
TCM
ADC
CDS
L-ới phân phối có thể đ-ợc hiển thị thời gian thực
Máy cắt và PVS có thể đ-ợc điều khiển trên CRT
Tắt,bật điều khiển
và hiển thị
* Thời gian thực thể hiện:
-Trạng thái của máy cắt,tình hình vận hành của rơle
-Các thông số dòng và áp
*Thời gian thực đ-ợc điều chỉnh bởi máy cắt
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
24

III- TỰ ĐỘNG PHỤC HỒI SỰ CỐ MẤT ĐIỆN
Quá trình phục hồi tự động trong các trường hợp xảy ra mất điện trên lưới phân
phối được mô tả ở hình 2-8.

IV- XỬ LÝ DỮ LIỆU:
Khi kết cấu lưới điện thay đổi do việc lắp đặt mới hoặc cải tạo, người vận hành
có thể dễ dàng thay đổi cơ sở dữ liệu thông qua màn hình máy tính CRT đặt tại
trung tâm điều độ.
2.1.2.Hệ thống tự động phân phối áp dụng cho cáp ngầm
Cấu trúc hệ thống tự động phân phối ngầm
Sù cè trªn l-íi ph©n phèi
Ph¸t hiÖn sù cè
Phôc håi phÝa nguån cña ®o¹n sù cè
Ph¸t hiÖn vïng sù cè
TÝnh to¸n tr×nh tù ®ãng c¾t
Thao t¸c ®ãng c¾t
CÊu h×nh l-íi tèi -u
Ph¸t hiÖn sù cè b»ng th«ng tin tr¹m
(M¸y c¾t/r¬le
Phôc håi tù ®éng b»ng thiÕt bÞ r¬le
ph¸t hiÖn sù cè FDR
-CÊp ®iÖn tù ®éng tõ ®iÓm nèi vßng theo
tÝnh to¸n cña m¸y tÝnh theo c¸c ®iÒu kiÖn
tèi -u cña l-íi ®iÖn.
-C©n b»ng c«ng suÊt gi÷a ®-êng trôc
- Duy tr× ®iÖn ¸p ph©n phèi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Học viên: Nguyễn Thị Năm CHK 13- TBM&NMĐ
Số hóa bởi trung tâm học liệu
25
Hình 2-9 mô tả mô hình cấu trúc giai đoạn 2 của DAS cho lưới trung thế ngầm
mạch vòng. Điểm tách mạch vòng tại vị trí VS (5).
Thiết bị đầu cuối (RTU) được lắp đặt cùng máy cắt tự động (RMS), và thiết bị

2) Tín hiệu dòng sự cố chạy qua được phát hiện bằng RTU, tín hiệu này
được gửi bằng đường thông tin từ RTU tới trung tâm điều độ qua TCR.
VS VS VS VS
RTU RTU
VS1
VS2
VS3
VS4
RTU1 RTU2
VS
RTU3
VS
VCB
VCB
VCB
VCB
VCB
TCR
ADC
RMS
C¸p th«ng tin.hai c¸p trong
mét èng.
RMS:Ring main switchgear - Tñ cÇu dao phô t¶i
VCB: Vacuum circuit bareaker - M¸y c¾t khÝ
VS: Vacuum switch - CÇu dao phô t¶i
CDS
CB6
CB
A