Giải pháp kết nối truyền thông SCADA bằng phương pháp lặp tín hiệu radio

Kết nối truyền thông ổn định là một yêu cầu quan trọng của hệ thống SCADA. Đối với hệ thống miniSCADA cho lưới điện phân phối, do đặc thù các điểm điều khiển nằm trên địa bàn phân tán nên giải pháp kết nối bằng vô tuyến được ưu tiên sử dụng, tuy nhiên hạn chế cơ bản của phương thức truyền thông bằng vô tuyến là xử lý can nhiễu và khoảng cách kết nối hạn chế. Để mở rộng kết nối SCADA cho các địa bàn xa trung tâm, PC TTH đã thực hiện thành công giải pháp kết qua trạm lặp radio cho 5 điểm điều khiển thuộc khu vực đông bắc Tỉnh TT-Huế.

Khu vực đông bắc Tỉnh TT-Huế tập trung các cụm phụ tải nuôi tôm công nghiệp và khai thác khoáng sản Titan với tốc độ tăng trưởng rất cao. Để đảm bảo ổn định cấp điện trên địa bàn, ngoài việc đầu tư nâng cấp nguồn lưới, PC TTH đã đặt ra yêu cầu phải thực hiện đồng bộ các giải pháp tự động hoá công tác điều độ vận hành cho lưới điện khu vực. Năm 2012, bằng nguồn vốn xây dựng cơ bản, PCTTH đã triển khai dự án mở rộng hệ thống SCADA cho một số điểm điều khiển trên khu vực. Vấn đề khó khăn nhất của dự án là thiết lập truyền thông ổn định cho các điểm điều khiển trên địa bàn đến trung tâm với khoảng cách trung bình trên 40km. Các giải pháp truyền thông qua mạng GPRS/3G đã được xem xét tuy nhiên vấn đề hạ tầng mạng chưa được các nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo nên giải pháp truyền thông bằng radio trên bằng tầng UHF vẫn ưu tiên được sử dụng.

Cấu hình của giải pháp kết nối truyền thông radio qua trạm lặp tín hiệu

Cơ chế truyền thông “điểm - đa điểm” theo phương thức radio được sử dụng cho các hệ thống SCADA thuộc dự án 4 thành phố do ABB thiết kế với 01 Master Radio được đặt tại trung tâm điều khiển (phòng điều độ) và các Slaver Radio được thiết lập tại các nút điều khiển. Do đặc điểm địa hình thành phố có nhiều vật cản và can nhiễu trên tần số UHF nên bán kính kết nối radio tương đối hạn chế. Đối với các điểm điều khiển có góc nhận sóng bị khuất hoặc có khoảng cách xa trên 10km, ABB thường sử dụng giải pháp lặp tín hiệu UHF qua từng radio, giải pháp này làm tăng thời gian đáp ứng của tín hiệu điều khiển và thường không ổn định trong điều kiện thời tiết xấu. Để đảm bảo việc kết nối bằng radio cho các điểm trên địa bàn xa, dự án mở rộng SCADA đã thực hiện giải pháp thiết lập trạm lặp tín hiệu radio cố định. Giải pháp sử dụng thiết bị Radio SATELLINE-3AS-NMS của hãng Satel để kết nối cho 05 điểm điều khiển là các trạm cắt 22kV Điền Hoà, Sịa, Phong Chương, An Lỗ và Recloser 475 Phong Chương.

Tủ thiết bị radio và thiết bị truyền dẫn tại BTS Quảng Lợi

Trạm lặp radio được thiết lập tại trạm BTS Quảng Lợi với ăngten vô hướng (dipole) được lắp đặt trên độ cao 40 mét, truyền dẫn sóng bằng cáp RF 7/8” có độ suy hao 0,023 dB/m. Để hạn chế can nhiễu trên tần số UHF, hệ thống sử dụng thiết bị lọc Band-Pass Filters BPF 720/2-125 của hãng PROCOM với tần số thiết lập 409,225 MHz. Tại các nút điều khiển, sử dụng ăng ten đẵng hướng (Yagi) với góc ăng ten được định vị bằng GPS, cáp dẫn sóng radio sử dụng loại Ecoplex-10 có đặc tính suy hao 0,09 dB/m. Sau khi thực hiện cấu hình topology cho mạng radio bằng phần mềm Satelline Network PC, tín hiệu thu phát của các radio được kiểm tra bằng thiết bị Spectrum Analyzer R&S FSH cho kết quả tốt, cường độ tín hiệu radio tại các điểm thu (RSSI) đều đạt dưới -70 dB.

Để kết nối về trung tâm,  phương án sử dụng mạng truyền dẫn nội bộ để thiết lập 02 kênh số liệu V24 kết nối master radio tại BTS Quảng Lợi với hệ thống MicroSCADA tại Phòng điều độ, trong đó một kênh sử dụng cho truyền thông qua giao thức IEC 60870-5-101, một kênh được sử dụng  giám sát hệ thống radio. Tại các điểm điều khiển, dự án sử dụng loại RTU560 CIG10 thế hệ mới của hãng ABB để kết nối trực tiếp đến các Recloser của hãng Tavrida hoặc Nulec bằng giao thức DNP3 hoặc Modbus, do đó số lượng tín hiệu giám sát điều khiển thu thập trực tiếp từ thiết bị tương đối nhưng với phương thức truyền thông radio qua trạm lặp tín hiệu đã đáp ứng được yêu cầu thời gian thực của tín hiệu điều khiển và rất ổn định.

Phương thức kết nối truyền thông radio qua trạm lặp tín hiệu đã thực hiện thành công cho việc mở rộng các điểm điều khiển trên địa bàn phía bắc Tỉnh TT-Huế. Một master radio có khả năng quản lý tất các nút điều khiển trong bán kính từ 10 - 15km, do đó với từ 3 - 4 trạm lắp tín hiệu trên địa bàn toàn Tỉnh, hệ thống SCADA sẽ có khả năng giám sát và điều khiển toàn bộ các thiết bị trên lưới. 

Hoàng Ngọc Hoài Quang - PCTTH