Giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển các trạm 110 Kv truyền thống, đảm bảo các yêu cầu giám sát điều khiển xa từ ttđk theo chế độ vận hành không người trực

558 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
GIẢI PHÁP NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
CÁC TRẠM 110 KV TRUYỀN THỐNG, ĐẢM BẢO 
CÁC YÊU CẦU GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN XA TỪ TTĐK 
THEO CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KHÔNG NGƯỜI TRỰC 
Hoàng Ngọc Hoài Quang 
Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế 
Tóm tắt: Nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các TBA 110 kV, CPC đã triển khai các dự 
án nâng cấp cải tạo hệ thống bảo vệ điều khiển các TBA, thiết lập hệ thống giám sát 
điều khiển xa từ TTĐK để chuyển các TBA về chế độ vận hành không người trực. Tuy 
nhiên, đối với các TBA 110 kV 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, CPC đã giao Công ty Điện lực Thừa 
Thiên Huế (TTHPC) thí điểm thực hiện dự án nâng cấp hệ thống điều khiển của 02 TBA 
110 kV (Cầu Hai, Phú Bài) trên cơ sở sử dụng giải pháp RTU tích hợp với các thiết bị 
chuyển đổi giao thức và I/O phân tán. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Các trạm 110 kV có hệ thống điều khiển theo kiểu truyền thống là các TBA sử 
dụng cáp đồng để kết nối hệ thống bảo vệ, điều khiển và đo lường. Trong gian đoạn từ 
2003 đến 2012, một số trạm 110 kV truyền thống của CPC 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. Việc nâng cấp cải tạo hệ thống điều khiển các TBA 110 kV 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. 
Tủ điều khiển bảo vệ và RTU tập trung của TBA truyền thống 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 559 
Đối với hai TBA 110 kV Phú Bài, Cầu Hai, đây là các TBA 110 kV 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 đều đã được kết nối với hệ thống SCADA của Trung tâm điều độ 
HTĐ miền Trung (A3) và Điều độ B34, tuy nhiên với giải pháp sử dụng RTU tập trung 
tín hiệu I/O về cơ bản chỉ đáp ứng yêu cầu cung cấp thông tin vận hành hệ thống của 
các cấp điều độ. 
2. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 
Giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển 2 TBA 110 kV phải đáp ứng yêu cầu thu 
thập đầy đủ số lượng tín hiệu phục vụ giám sát điều khiển trạm từ TTĐK, tối ưu hoá 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, 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. 
Thành phần quan trọng trong hệ thống tự động hoá 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 hoá TBA sử dụng 2 giải pháp: máy tính Gateway và RTU: 
 Máy tính Gateway là giải pháp phổ biến trong các hệ thống tự động hoá các 
TBA 110 kV. Giải pháp sử dụng máy tính công nghiệp có cấu hình mạnh với hệ điều 
hành Window 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 Window 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 Window 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. Mặc 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 hoá 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 
560 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
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 
files cấu hình thiết bị được biên dịch bằng các phần mềm trên Window 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 nên, phương án 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. 
Một số RTU và Gateway PC phổ biến 
Mô hình kết nối truyền thông giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển TBA 110 kV 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 561 
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 hiện hữu 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 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 cũ chỉ hỗ trợ giao thức IEC 60870 5 101, phương án đã 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 
điều độ miền (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 hiều 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 hoá 
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. 
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 tủ MK 
ngoài trời hoặc các ngăn tủ điều khiển trong nhà. 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 
562 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
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. 
Thiết bị PCU và I/O module mở rộng I/O được lắp đặt tại các TBA 
Các thiết bị lắp đặt tập trung tại tủ điều khiển 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 563 
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 
Swtich 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 sẽ cung cấp kênh thời gian mẫu cho tất cả các 
thiết bị rơle và PCU hỗ trợ giao thức SNTP theo giao diện Ethernet. 
Một yêu cầu quan trọng là đảm bảo nguồn điện cấp cho các thiết bị của hệ thống 
điều khiển và truyền thông, hệ thống phải có khả năng dự phòng trong trường hợp mất 
nguồn tự dùng AC, giải pháp sử dụng nguồn 220VDC tại trạm cấp cho các modules 
nguồn 220VDC/24VDC. Đối với các thiết bị sử dụng nguồn 220VAC, sử dụng thiết bị 
chuyển đổi Inverter 220VDC/220VAC. 
Giải pháp kết nối truy cập từ xa hệ thống rơle bảo vệ: Đối với các rơle thế hệ mới 
đã hỗ trợ giao thức mạng Ethernet, máy tính kỹ thuật (Engineering PC) sẽ kết nối với 
rơle qua hệ thống mạng LAN. Tuy nhiên với các rơle thế hệ cũ, không hỗ trợ các giao 
thức truyền thông Ethernet do đó không truy cập trực tiếp qua hệ thống mạng LAN. Để 
thực hiện yêu cầu quản lý và truy cập đọc dữ liệu sự cố từ rơle qua cổng cấu hình 
(RS232) được bố trí mặt trước của rơle, phương án sử dụng thiết bị Terminal Server, 
chuyển đổi RS232/TCP Ip cắm trực tiếp vào công cấu hình rơle. Các phần mềm cấu 
hình rơle được cài đặt trên máy tính kỹ thuật có khả năng kết nối đến rơle qua giao diện 
COM ảo được chuyển đổi thành COM vật lý trên thiết bị Terminal Server. Từ máy tính 
tại TTĐK có thể remote để điều khiển các phần mềm truy cập rơle trên máy tính kỹ 
thuật tại trạm. 
Mô hình giải pháp kế nối truy cập hệ thống rơle qua giao diện RS232 
564 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
3. KẾT QUẢ THỰC HIỆN 
Giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển các TBA 110 kV truyền thống sử dụng 
thiết bị tập trung và chuyển đổi tín hiệu RTU kết hợp các PCU, I/O Unit lắp đặt phân 
tán đã được thực hiện thành công cho TBA 110 kV Phú Bài, Cầu Hai. Qua thời gian 
theo dõi vận hành trên hệ thống SCADA, các thiết bị làm việc ổn định, tin cậy và đáp 
ứng yêu cầu thời gian thực. Số lượng tín hiệu thu thập trực tiếp các rơle và Multimeter 
qua giao thức truyền thông, kết hợp với các tín hiệu I/O thu thập từ các ngăn phân tán 
đã đáp ứng được yêu cầu của TBA không người trực theo quy định của EVN. Việc 
không thực hiện thay thế các thiết bị điều khiển bảo vệ theo tiêu chuẩn hệ thống điều 
khiển tích hợp đã giảm đáng kể chi phí đầu tư, đồng thời đơn giản hoá trong việc thi 
công, hạn chế được thời gian ngừng cung cấp điện khi tiến hành cắt điện thay thế thiết 
bị. 
Giao diện HMI trạm 110 kV Phú Bài trên hệ thống MicroSCADA tại TTĐK 
Dự án mở rộng kết nối điều khiển xa các TBA 110 kV về TTĐK tại TTHPC 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 
TTHPC trong việc làm chủ các giải pháp công nghệ SCADA cũng như tự động hoá 
TBA.