SCADA trạm biến áp là hệ thống gom số liệu từ rơ le bảo vệ và thiết bị đo trong trạm, hiển thị tại phòng điều khiển rồi gửi tiếp về trung tâm điều độ. Bài viết mô tả ba lớp của hệ thống, các giao thức bắt buộc phải hỗ trợ, dòng máy Advantech ứng với từng lớp và trình tự triển khai cho một trạm 110 kV không người trực.
Lưới điện Việt Nam đang chuyển dần sang mô hình trạm không người trực. Số ngăn lộ trên mỗi trạm tăng, số trạm do một trung tâm quản lý cũng tăng, nên phần dữ liệu phải chạy tự động từ đầu tới cuối. Điều đó đặt ra hai bài toán khác nhau: chuẩn hoá giao thức giữa các thiết bị nhiều đời khác nhau, và chọn phần cứng sống được trong môi trường trạm.
Ba lớp của hệ thống SCADA trạm biến áp
Hồ sơ thiết kế thường chia hệ thống thành ba lớp. Cách chia này giúp khoanh vùng khi có sự cố và giúp phân định phạm vi từng gói thầu.
| Lớp | Thiết bị chính | Nhiệm vụ | Dữ liệu đi qua |
|---|---|---|---|
| Lớp ngăn lộ | Rơ le bảo vệ, thiết bị điện tử thông minh, đồng hồ đa năng, bộ đo chất lượng điện | Đo dòng, áp, công suất; cắt và đóng theo bảo vệ; ghi sự kiện tại chỗ | Giá trị đo tức thời, trạng thái máy cắt, bản ghi sự cố |
| Lớp trạm | Máy tính trạm, gateway giao thức, switch công nghiệp, màn hình vận hành | Gom dữ liệu toàn trạm, chuyển đổi giao thức, lưu lịch sử, hiển thị sơ đồ một sợi | Bảng tag hợp nhất của cả trạm, cảnh báo, lệnh điều khiển |
| Lớp điều độ | Máy chủ SCADA tại trung tâm, kênh truyền riêng, đường dự phòng | Theo dõi nhiều trạm cùng lúc, điều độ phụ tải, lưu dữ liệu dài hạn | Dữ liệu đã lọc theo chu kỳ, sự kiện có gắn nhãn thời gian |
Phần lớn rủi ro kỹ thuật nằm ở lớp trạm. Đây là chỗ dữ liệu của nhiều hãng thiết bị gặp nhau, cũng là chỗ phải chạy liên tục trong tủ không có điều hoà. Chọn sai phần cứng ở lớp này thì lớp trên mất số liệu, còn lớp dưới vẫn chạy bình thường nên rất khó phát hiện sớm.
Giao thức và yêu cầu kỹ thuật bắt buộc
Một trạm cải tạo hiếm khi thuần một giao thức. Bảng dưới liệt kê những giao thức thường gặp và vai trò của chúng trong hồ sơ.
| Giao thức | Dùng ở đâu | Ghi chú khi lắp |
|---|---|---|
| IEC 61850 (MMS, GOOSE) | Giữa rơ le bảo vệ và máy tính trạm trong trạm số | Chạy trên Ethernet, cần switch quản lý được và cấu hình VLAN cho bản tin GOOSE |
| IEC 60870-5-104 | Từ trạm về trung tâm điều độ | Chạy trên nền TCP/IP, cần kênh truyền có dự phòng |
| IEC 60870-5-101 | Thiết bị đời cũ, kênh nối tiếp | Cần cổng COM cách ly; thường quy đổi sang 104 tại gateway |
| DNP3 | Một số thiết bị nhập khẩu và trạm điện mặt trời | Kiểm tra bản triển khai của từng hãng trước khi chốt bảng điểm |
| Modbus RTU và Modbus TCP | Đồng hồ đo, bộ nạp ắc quy, hệ thống phụ trợ | Dễ tích hợp, nhưng không có nhãn thời gian nên chỉ dùng cho dữ liệu chu kỳ |
Về phần cứng, ba yêu cầu quyết định thiết bị có dùng được trong trạm hay không. Thứ nhất là khả năng chịu nhiễu điện từ theo IEC 61850-3 và IEEE 1613, vì mỗi lần máy cắt thao tác đều sinh xung trên đường tín hiệu. Thứ hai là thiết kế không quạt và không ổ đĩa quay, do tủ điều khiển nhiều bụi và nhiệt độ mùa khô lên cao. Thứ ba là nguồn cấp kép, lấy từ hai lộ độc lập hoặc từ hệ một chiều 48 V của trạm.
Dòng máy Advantech ứng với từng lớp
Bảng sau đối chiếu ba lớp ở trên với các model có trong catalog của website, kèm đặc điểm quyết định lựa chọn.
| Vai trò | Model | Đặc điểm đáng chú ý | Vị trí lắp |
|---|---|---|---|
| Máy tính trạm chạy phần mềm giám sát | ECU-4784 | Vi xử lý Intel Core i7, 8 cổng LAN và 10 cổng COM đều cách ly, 2 khe mở rộng I/O | Tủ điều khiển phòng vận hành, trạm nhiều ngăn lộ |
| Gateway giao thức tải nhẹ | UNO-4671A | Intel Atom, 10 cổng COM cách ly và 6 cổng LAN, hai đầu vào nguồn | Trạm cải tạo còn nhiều thiết bị nối tiếp |
| Gom dữ liệu kèm card mở rộng | UNO-4673A | Đạt IEC 61850-3 và IEEE 1613, 2 LAN Gigabit hỗ trợ teaming, 4 LAN 10/100, 3 khe I/O | Trạm cần thêm card chuyên dụng theo từng hãng rơ le |
| Máy lắp tủ rack 19 inch | UNO-4678 | Celeron M, 8 cổng COM cách ly, 3 cổng LAN, vỏ mỏng, đèn báo mặt trước | Tủ đã theo chuẩn rack, không gian còn hẹp |
| Mạng trong trạm | EKI-7758F, EKI-5525SI | EKI-5525SI nói Modbus/TCP với phần mềm giám sát và SNMP với hệ quản trị mạng, nguồn vào 8,4 đến 52,8 VDC, có relay báo lỗi nguồn | Tủ truyền thông, vòng mạng giữa các nhà ngăn lộ |
Thông số chi tiết của mã mạnh nhất nhóm nằm trong bài máy tính không chi tiết quay ECU-4784 cho trạm điện. Hai mã còn lại có trang riêng: UNO-4671A và UNO-4673A.
Ví dụ triển khai trạm 110 kV không người trực
Một trạm 110 kV cải tạo có mười ngăn lộ, trong đó sáu ngăn dùng rơ le đời mới nói IEC 61850, bốn ngăn còn lại chỉ có cổng nối tiếp. Yêu cầu là gom toàn bộ về một bảng điểm, giữ lịch sử tại trạm sáu tháng và gửi về điều độ theo IEC 60870-5-104.
Bước một, đặt hai switch quản lý được thành vòng trong trạm, sáu rơ le đời mới đấu thẳng vào vòng này. Bước hai, một máy tính trạm nhận vai trò gateway, dùng cổng COM cách ly đọc bốn ngăn còn lại theo Modbus RTU và quy về bảng điểm chung. Bước ba, phần mềm giám sát chạy ngay trên máy tính trạm, lưu dữ liệu vào ổ thể rắn và dựng sơ đồ một sợi cho người trực từ xa. Bước bốn, kênh truyền về điều độ đi qua hai đường độc lập, cấu hình chuyển đổi tự động khi một đường mất.
Hai điểm hay bị bỏ sót khi nghiệm thu. Một là đồng bộ thời gian: nếu các thiết bị không lấy chung một nguồn thời gian thì bản ghi sự cố xếp sai thứ tự và việc phân tích nguyên nhân mất ý nghĩa. Hai là số lượng phiên kết nối đồng thời mà gateway chịu được, vì trung tâm điều độ, phần mềm tại trạm và máy kỹ thuật có thể cùng truy vấn một lúc.
Chọn thiết bị SCADA cho trạm biến áp
Ba câu hỏi cần trả lời trước khi chốt cấu hình. Số ngăn lộ và số thiết bị phải đấu là bao nhiêu, vì con số này quyết định số cổng COM và LAN. Máy tính trạm có phải chạy thêm phần mềm giám sát và cơ sở dữ liệu lịch sử ngay tại trạm hay chỉ làm nhiệm vụ chuyển tiếp, vì đó là ranh giới giữa cấu hình Atom và cấu hình Core i. Trạm sẵn có nguồn gì, hai lộ xoay chiều hay hệ một chiều 48 V.
Phần phần mềm giám sát nằm ở bài phần mềm SCADA là gì, còn ngưỡng quyết định đầu tư có trong bài khi nào cần một hệ thống SCADA. Toàn bộ nhóm máy không quạt của hãng nằm trong danh mục máy tính không quạt.
Để đối chiếu cấu hình với các dòng khác cùng hãng, xem danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi cần lọc nhanh model theo điều kiện lắp đặt và số cổng, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu rồi gửi kết quả kèm đề nghị báo giá.
Câu hỏi thường gặp về SCADA trạm biến áp
Hệ thống SCADA trạm biến áp gồm những lớp nào?
Thường chia ba lớp. Lớp ngăn lộ gồm rơ le bảo vệ và thiết bị điện tử thông minh đặt tại từng ngăn. Lớp trạm gồm máy tính trạm, gateway giao thức, switch và màn hình vận hành đặt trong phòng điều khiển. Lớp điều độ là trung tâm nhận dữ liệu từ nhiều trạm qua kênh truyền riêng.
Máy tính đặt trong trạm biến áp cần đạt chuẩn gì?
Hai chuẩn được nhắc trong hầu hết hồ sơ thầu là IEC 61850-3 và IEEE 1613. Cả hai đặt yêu cầu về khả năng chịu nhiễu điện từ, chịu dải nhiệt độ rộng, chịu rung và sốc cho thiết bị đặt cạnh máy cắt. Thiết bị đạt hai chuẩn này không bị treo khi trạm có thao tác đóng cắt.
Trạm cải tạo còn thiết bị đời cũ thì xử lý ra sao?
Dùng máy tính trạm hoặc gateway có nhiều cổng nối tiếp để đọc thiết bị chạy Modbus RTU hoặc IEC 60870-5-101, rồi chuyển sang IEC 61850 hay IEC 60870-5-104 trên nền Ethernet. Cách này giữ lại thiết bị cũ còn dùng được và không phải thay toàn bộ ngăn lộ.
Trạm không người trực cần thêm gì so với trạm có người trực?
Cần dự phòng kép ở ba chỗ: nguồn cấp, đường truyền về điều độ và máy tính trạm. Kèm theo đó là khả năng quản trị từ xa để khôi phục máy khi hệ điều hành treo, và cảnh báo sớm khi một liên kết truyền thông chập chờn. Thiếu ba điểm này thì mỗi sự cố nhỏ đều phải cử người tới hiện trường.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
