Tiểu luận thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp 110kv sử dụng rtu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC - TIỂU LUẬN MÔN: SCADA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110KV SỬ DỤNG RTU Người hướng dẫn : TS Nguyễn Hồng Việt Th.S Nguyễn Tuấn Linh Nhóm thực : Đỗ Thị Ánh Tuyết Đỗ Thị Vân Lớp : Cao học SPKT ĐIỆN Hà Nội, tháng - 2010 LỜI NÓI ĐẦU Để nâng cao chất lượng đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện Việt Nam đầu tư xây dựng phát triển ngày nhiều đường dây trạm biến áp(TBA), không ngừng mở rộng TBA đầu tư xây dựng trước đầu tư xây dựng máy biến áp(MBA) số hai xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện đảm bảo tăng trưởng phụ tải Mặt khác hệ thống điện Việt Nam ngày đại hóa thiết bị đại, thiết bị lạc hậu trước dần thay thiết bị đại, sản xuất theo cơng nghệ có chất lượng độ tin cậy cao Hiện đa số TBA có cấp điện áp 110kV, 220kV 500kV đầu tư đồng hệ thống SCADA Các trạm biến áp 500kV, 220kV số TBA 110kV đầu tư hệ thống điều khiển tích hợp máy tính để phục vụ việc giám sát điều hành lưới điện từ Trung tâm điều độ Miền Trung tâm điều độ Quốc Gia Với lưới điện phức tạp việc vận hành lưới điện ngày khó khăn mật độ trạm biến áp ngày nhiều hơn, việc đảm bảo tính ổn định hệ thống khó hơn, mặt khác nhu cầu phụ tải đòi hỏi chất lượng điện ngày cao Do việc đầu tư nâng cấp Hệ thống SCADA/ EMS trạm điện trang bị hệ thống tự động hóa cần thiết CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 1.Khái niệm hệ thống SCADA Là hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory Control And Data Acquisition-SCADA) SCADA cơng cụ tự động hóa nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple Logic Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật cấp trực điều hành hệ thống tự động công nghiệp hệ thống điện Hệ thống cung cấp cho người vận hành thông tin quan trọng đối tượng cần quan tâm cho phép thực lệnh điều khiển cần thiết phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an tồn có hiệu SCADA hình thành phát triển với phát triển chung ngành công nghiệp khác công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin học Từ năm đầu thập niên 70 công nghiệp nước phát triển vào xu hướng tự động hóa Việc sản xuất thủ công thay dần xí nghiệp cơng nghiệp Bên cạnh ngành cơng nghệ thông tin, đặc biệt phát triển mạnh mẽ lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, hệ thống tự động hóa điều khiển chương trình đời Với đặc điểm cơng cụ tự động hóa ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, từ việc quản lý điều khiển sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải phân phối điện Điện lực Sau chuyển sang chế thị trường, đất nước mở cửa q trình cơng nghiệp tự động hóa bắt đầu, nhà máy xí nghiệp xây dựng ưu tiên công nghệ tiên tiến hệ thống SCADA - cơng cụ tự động hóa phát triển rộng, lắp đặt nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sản xuất chất lượng cao Công nghệ SCADA nước ta, nhập thiết bị nhiều nước cơng nghiệp tiên tiến nên đa dạng mẫu mã, cấu trúc, chuẩn chủng loại Nhưng hệ thống công nghiệp nên hệ thống SCADA phần lớn hệ theo chuẩn công nghiệp chung Hiện SCADA thiếu cho việc sản xuất tự động xí nghiệp cơng nghiệp cần độ xác tự động hóa cao Để đáp ứng với khả phát triển chung kinh tế, hệ thống điện đóng vai trị chủ đạo khơng thúc đẩy kinh tế mà đảm bảo an ninh, trị, quốc phịng Vì việc sử dụng SCADA hệ thống điện Việt Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu kinh tế phát triển Chức trạm Thu thập liệu từ : thiết bị đóng cắt, thiết bị đo lường biến dòng điện, biến điện áp thao tác điều khiển đóng cắt thiết bị Các thơng tin liên quan trạm điện truy cập chỗ thông qua giao diện người máy –HMI (Human Machine Interface) cho mục đích điều khiển giám sát chỗ Chức chung hệ thống SCADA Hệ thống SCADA thực chức thu thập liệu từ xa, số liệu sản lượng, thông số vận hành trạm biến áp thông qua đường truyền số liệu truyền trung tâm, lưu trữ hệ thống máy tính chủ - Dùng sở số liệu đó: Để cung cấp dịch vụ điều khiển giám sát hệ thống điện - Hiển thị trạng thái trình hoạt động thiết bị điện, hiển thị đồ thị, hiển thị kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất - Thực điều khiển từ xa q trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, thay đổi giá trị đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị rơle - Thực dịch vụ: Về truyền số liệu hệ hệ, việc đọc viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời tin yêu cầu cấp số liệu, thao tác - Một hệ SCADA kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để tự động hóa việc điều khiển giám sát cho đối tượng hệ thống điện - Với hệ thống yêu cầu việc xây dựng hệ SCADA (cho hệ thống điện) thực số nhiệm vụ tự động hóa sau: + Thu thập - Giám sát từ xa + Điều khiển Đóng /Cắt từ xa + Điều chỉnh tự động từ xa + Thông tin từ xa đối tượng cấp quản lý Mỗi chức có yêu cầu đặc biệt cho phận, phần cứng, phần mềm chuyên dụng hệ thống SCADA Cụ thể là: - Phần đo - Giám sát xa: Cần đảm bảo thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn, đủ số liệu cần cho quản lý kỹ thuật - Phần điều khiển thao tác xa: Phải đảm bảo việc kiểm tra Đóng /Cắt an tồn, tin cậy Hệ thống SCADA /EMS bao gồm thành phần sau: Hệ thống Máy tính chủ đặt Trung tâm Điều độ hệ thống điện (Điều độ hệ thống điện Quốc Gia, Điều độ hệ thống điện Miền, Điều độ hệ thống điện lưới phân phối) bao gồm thiết bị sau: - Máy tính chủ SCADA - Máy tính chủ giao diện người dùng MMI (Man Machine Interface) - Máy tính chủ liên kết liệu ICCP (Inter Control Center Protocol) - Máy tính chủ Lưu trữ liệu HIS (Historical Information System) - Máy tính chủ Mô đào tạo điều độ viên theo thời gian thực DTS (Dispatcher Training Simulator) Hệ thống phát triển DS (Development System) - Máy tính chủ ứng dụng (Application Server) - Các Trạm làm việc (Workstation PC) - Hệ thống hiển thị VPS (Video Projector System) - Thiết bị tiền xử lý thông tin CFE (Communication Front End Proccessor) - Thiết bị tập trung Modem - Hệ thống thu nhận phân phối tín hiệu đồng tinh GPS (Global Position System) Toàn thiết bị kết nối thông qua hệ thống mạng cục LAN (Local Area Network), hệ thống trang bị cấu hình dự phịng nóng 1+1 Bus Ehernet vận hành tốc độ 100Mbit/s, bus dự phịng vận hành tốc độ 10Mbit/s Hệ thống SCADA Trung tâm kết nối với RTU trạm biến áp sử dụng giao thức truyền tin IEC 870-5-101 master Đồng thời kết nối với Hệ thống SCADA /EMS Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia giao thức ICCP Thiết bị đầu cuối trạm Thiết bị đầu cuối trạm thiết bị RTU hệ thống tư động hóa trạm máy tính cơng nghiệp thu thập liệu điều khiển toàn thông số vận hành trạm Trong trường hợp sử dụng thiết bị đầu cuối RTU, Tại trạm gồm thiết bị sau: - Tủ thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit), chứa đầu vào số, đầu số, đầu vào tín hiệu tương tự, cổng giao diện tín hiệu nối tiếp để kết nối đến IED (rơ le số thiết bị điện tử thông minh khác cảnh báo-annunciator, PLC, ) - Tủ giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubicle), chủ yếu lắp đặt biến đổi trung gian (các transducer để biến đổi giá trị điện áp, dòng từ biến điện áp, biến dịng, báo vị trí nấc phân áp thành tín hiệu dịng có trị số phù hợp với tiêu kỹ thuật đầu vào tín iệu tương tự) rơ le trung gian để lặp lại trạng thái thiết bị điện (cho mục đích giám sát), rơ le trung gian để điều khiển thiết bị điện - Các modem V.24/V.28, V35 để kết nối RTU Hệ thống tự động hóa đến đường truyền viễn thơng (có thể đường truyền sử dụng hệ thống thông tin quang, hệ thống thông tin vi ba, hệ thống thông tin tải ba) - Và thiết bị ngoại vi khác RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt nơi làm việc để thu nhận liệu thông tin từ thiết bị trường valve, cảm biến, đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động thiết bị trường Mặt khác, nhận lệnh hay tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động thiết bị theo yêu cầu Thông thường RTU lưu giữ thông tin thu thập nhớ đợi yêu cầu từ MTU truyền liệu Tuy nhiên, ngày RTU đại có máy tính PLC thực điều khiển trực tiếp qua địa điểm từ xa mà không cần định hướng MTU RTU : Không thực chức chỗ thông tin lên trung tâm giám sát điều khiển từ trung tâm Ở trạm, RTU thiết bị giao tiếp hệ thống quản lý mạng thiết bị đóng cắt RTU bao gồm nhiều đầu vào/ra, gần khơng thực chức chỗ mà thông tin đến trung tâm điều khiển xa RTU trung tâm điều khiển tạo nên hệ thống SCADA, để giám sát, điều khiển quản lý hệ thống điện từ xa can thiệp người Nó cung cấp thơng tin theo thời gian thực (thơng tin tín hiệu tương tự tín hiệu số) thông tin khứ cho người vận hành hỗ trợ người vận hành định việc điều khiển giám sát hiệu CHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU HÌNH SCADA CHO HỆ THỐNG TRẠM 110KV SỬ DỤNG RTU Sơ đồ nối điện trạm trạm bin ỏp 110kV Hm Yờn, Bc Quang B22 Khánh Hoà 171 E22.2 Hµ Giang 171 E22.1 T1 MBA T1: 16MVA 115+9x1.78%/38.5+2x2.5%/23kV sơ đồ trạm 110kv Bắc Quang ( E22.3) 04 - E22.3 - §MB - PT - 04/2003 1.1 Khái quát Trạm biến áp 110kV Hàm Yên – Bắc Quang có xuất tuyến 110kV: xuất tuyến trạm Khánh Hòa xuất tuyến trạm Hà Giang Trạm có máy biến áp T1 16MVA - Phía 110kV gồm: + Máy cắt + Dao cách ly + Chống sét van + Dây dẫn Nhìn chung, thiết bị 110kV cũ (trừ máy cắt), khó thao tác, không đảm bảo tiêu chuẩn vận hành lâu dài cần thay Mục đích chương nêu yêu cầu cần thiết thiết bị thứ trạm điện trang bị hệ thống tự động hóa trạm, đồng thời chương đề xuất giải pháp công nghệ cho thiết bị biến dòng biến điện áp nhằm đáp ứng yêu cầu đo đếm bảo vệ ngày xác qua phục vụ tốt đo đếm, bảo vệ, ghi nhiễu loạn hệ thống thể rõ hơn, phục vụ tốt cho chương trình phân tích hệ thống Nhờ có biến dịng biến điện áp sử dụng công nghệ việc định vị cố xác, giúp cho cơng tác tìm kiếm điểm cố nhanh chóng Một trạm tự động hóa với thiết bị thứ phải tuân theo nguyên tắc thiết kế chung trạm thông thường gồm thiết bị sau: - Máy cắt - Dao cách ly dao tiếp địa - Các biến điện đo lường Biến điện áp, Biến dòng điện - Chống sét - Máy biến áp lực Để điều khiển đóng cắt máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, điều khiển nấc phân áp hệ thống SAS sử dụng hai giải pháp: Sử dụng giải pháp cổ điển thiết bị RTU sử dụng đầu số (Digital Output) thiết bị tập trung liệu, kết nối đến rơ le trung gian lệnh có tiếp điểm song song với tiếp điểm điều khiển thiết bị Thiết bị SCADA cụ thể RTU coi thiết bị nhị thứ, thu thập tín hiệu từ hệ thống đo lường, bảo vệ, điều khiển tác động nên HT điều khiển trạm Các liệu trạng thái từ rơ le trung gian đưa vào đầu vào số RTU, liệu tương tự từ cuộn thứ cấp máy biến dòng điện điện áp đưa vào biến đổi (tranducer), đầu biến đổi đưa vào cổng đầu vào tương tự RTU Tại RTU liệu số hố thơng qua kênh truyền (giao thức) gửi trung tâm điều độ 1.2 Các tín hiệu ngăn lộ cấp điện áp 110kV  Tín hiệu vị trí, trạng thái (Đầu vào số): - Trạng thái máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa: Đóng/Cắt - Tín hiệu vị trí khóa Local/Remote(Local/Supervise)  Các cảnh báo, báo động bao gồm có (Đầu vào số): - Khi bảo vệ tác động: Quá dịng, so lệch, chạm đất - Khi máy cắt khơng sẵn sàng làm việc - Sự cố với rơle bảo vệ  Các giá trị đo lường công suất (Đầu vào tương tự): P, Q  Các lệnh điều khiển máy cắt 110kV (Đầu số): Đóng/Cắt 2 Bảng Datalist Tổng số Analog input giám sát Số tín hiệu dự phịng RTU Tổng số tín hiệu Analog RTU Digital input Fault Fault Fault Fault Fault Fault Alarm1 Alarm2 Bit Trip Tổng số Alarm_Trip: CB CB Bit LS LS Trip 96 Alarm 96 Trip 26Q Alarm 26Q Trip 26W Alarm 26W Digital Input cho Open status Close status Open status Close status 36 8 12 12 1 1 1 1 1 1 1 1 Transformer Feeder Feeder 431 331 Feeder Feeder Feeder Feeder 1 23 30 1 1 1 12 174 kV kV MW MVar Position Temperature 173 Analog input kV_1P kV_3Ph MW MVar Tap_Ch Temp 172 Bay Reference (Mark of CB) 171 Signal Name C12 Bus Bar Data ID No Data Type C11 Bus Bar Kiểu Common S/S DANH MỤC DỮ LIỆU TRẠM 110kV HÀM YÊN BẮC QUANG 220/380VAC Battery Power supply 48VDC 220VDC Communication Active Relay1 Active Relay2 Main Protection 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Transfo Buchloz Transfo Buchloz Transfo Oil Temp Transfo Oil Temp Transfo Winding Temp Transfo Winding Temp 1 1 1 Circuit Breaker Circuit Breaker Line Switch Line Switch 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 1 2 ES Open status 21 Earth Switch ES Close status 21 Earth Switch Tổng số Digital Input cho CB Status: 82 Tổng số Digital Input giám sát 118 Số Digital Input dự phòng 1 1 4 4 4 4 3 14 14 14 14 2 12 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 RTU 42 26 Tổng số tín hiệu Digital Input 4.3 RTU 160 144 Digital Out CB Open Circuit Breaker CB Close Circuit Breaker Bit ATC Raise ATC Low Tổng số Digital Output: 18 Số Digital Output dự phịng RTU Tổng số tín hiệu Digital Output RTU 24 Ký hiệu: 171 173 174 172 Hàm Yên Hà Giang cũ Trạm cắt khánh Hoà Hà giang Lựa chọn Modun BI, BO, AI, CPU, PSU - CMU 04 có cổng truyền tin nối tiếp cổng internet Bộ nhớ 128MB Có khả cấu hình, lập trình web server Có thể lập trình PLC - Nguồn PSU 02 Đầu vào: 48 220 VDC Tổng sản lượng 80W, 5VDC: 0A…15 A 24 VDC: 0,7 A Cho phép chạy nguồn lúc PSU 02 + CMU 04 + crack có vai trị NIM - I/0 (Binary Input Board 23BE21/23) 16 kênh đầu vào nhị phân module cho tất loại tín hiệu đầu vào nhị phân (chỉ nhất, hai điểm, giá trị số đo, đếm) điện áp đầu vào 24 60 VDC có cách ly quang - BO (Binary Output Supervision Board 23BA22 ) có phản hồi ( giám sát đầu ra), chất BO ( 23BA20 ) + BI - AI (Analog Input Board 23AE21/23) đầu vào + -2 mA, + -5 mA, + -10 mA, + -20 mA điện áp đầu vào + - VDC, 20 VDC Dùng lấy cấp tín hiệu đo lường ( chuẩn hóa ) - AO (Analog Output Board 23AA20 ) có kênh - Bộ chuyển đổi quang điện 230K24: có khả hỗ trợ chuyển đổi từ thiết bị thứ NIM Chọn ngăn lộ 173-174 trạm Hàm Yên Bắc Quang ta có bảng liệu sau ( bảng tính thỏa mãn điều kiện dự phòng tối thiểu 20% theo quy định EVN) AI BI BO Số lượng 173- 174 Số lượng card 1x23AE21 Dự phòng 42 (8 kênh) 4x23BE21 22 ( 16 kênh) 1x23BA20 12 (16 kênh) Từ ta có cấu sau: NCC1( A1 trung tâm điều độ Miền Bắc) NCC2 ( Dự phòng) PSU PSU CMU CMU AI BI BI BI BI BO 02 02 04 04 Dự phòng