Nghiên ứu mở rộng các ứng dụng của rtu560 phục vụ tích hợp và điều khiển trạm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG CÁC ỨNG DỤNG CỦA RTU560 PHỤC VỤ TÍCH HỢP VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ: NGUYỄN VĂN THẢO Người hướng dẫn khoa học PGS.TS ĐẶNG QUỐC THỐNG Hà Nội - 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113889931000000 Luận văn cao học LỜI NÓI ĐẦU Sự hoạt động phát triển ngành Điện lực có liên quan ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác kinh tế quốc dân Vì mà việc xây dựng hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định mục tiêu công ty điện lực tồn EVN Đóng góp vào mục tiêu khơng thể khơng nhắc tới việc vận hành trạm biến áp cách đại an toàn hiệu Luận văn sâu vào “Nghiên cứu mở rộng ứng dụng RTU560 phục vụ tích hợp điều khiển trạm” Trong q trình thực luận văn, với nỗ lực thân, vô biết ơn giúp đỡ thầy cô, bạn bè, quan làm việc Trung tâm Điều độ Xin đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Đặng Quốc Thống, môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Xin cảm ơn Trung Tâm Điều Độ-Thông Tin Công ty Điện Lực TP Hà Nội giúp đỡ thời gian điều kiện làm việc thực tế trình thực luận văn Tôi muốn cảm ơn Viện đào tạo sau đại học-Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện suốt khố học Cuối cùng, tơi mong nhận bảo, góp ý thầy cơ, chuyên gia lĩnh vực SCADA bạn bè đồng nghiệp Hà Nội 10/2009 Nguyễn Văn Thảo Luận văn cao học MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Danh mục thuật ngữ IX Danh mục bảng biểu IX Danh mục hình vẽ IX Mở đầu Lý chọn đề tài Mục tiêu đối tượng nghiên cứu đề tài Bố cục luận văn Chương Các vấn đề tự động hoá trạm biến áp Thực trạng nhu cầu công ty Điện Lực TP Hà Nội I Vấn đề tự động hố trạm biến áp 1.1 Tính kinh tế 1.1.1 Giảm chi phí vận hành 1.1.2 Giảm chi phí bảo dưỡng 1.2 Tính kỹ thuật 1.2.1 Yêu cầu liệu 1.2.2 Tài liệu 1.2.3 Chức hoá 1.2.4 Độ tin cậy II Thực trạng nhu cầu công ty Điện Lực TP Hà Nội 1.3 Thực trạng 1.4 Hệ thống SCADA Trung Tâm Điều Độ Hà Nội 1.4.1 Phần cứng trung tâm 1.4.2 Hệ thống phần mềm SCADA 1.4.3 Thiết bị đầu cuối RTU trạm biến áp 10 1.5 Nhu cầu hệ thống điều khiển tự động hoá trạm biến áp 110kV 1.6 Kết luận Chương Thiết bị RTU560 (Remote terminal unit) 11 15 16 2.1 Tổng quan RTU560 16 2.2 Cấu trúc phần cứng RTU560 17 2.2.1 Analog Input Board 23 AE21 18 Luận văn cao học 2.2.2 Binary Input Board 23 BE21 21 2.2.3 Binary Output Board 23 BA20 22 2.2.4 Serial Line Interface 560SLI02 24 2.2.5 Ethernet Communication Unit 560ETH03 26 2.2.6 Power Supply Unit 560PSU01 28 2.3 Hệ thống phần mềm dùng cho RTU560 29 2.3.1 Phần mềm tạo sở liệu (Execl Import) 2.3.2 Phần mềm tạo file cấu hình cho RTU560 (RTUtil NT) 2.3.3 Phần mềm tạo giao diện điều khiển trạm (Intergrated HMI) Phần mềm kiểm tra giao thức truyền thông 2.3.4 (Comportware Test Tool) 2.4 Các giao thức truyền thông Chương Mạng truyền thông hệ thống điện 3.1 Các tiêu chuẩn thông tin liên lạc hệ thống điện 29 30 33 34 37 38 38 3.1.1 Kiến trúc giao thức OSI 38 3.1.2 Kiến trúc giao thức TCP/IP 42 3.2 Truy nhập Bus 43 3.3 Một số chuẩn truyền dẫn mạng thông tin công nghiệp 45 3.1.1 Chuẩn RS-232 45 3.1.2 Chuẩn RS-422 46 3.1.3 Chuẩn RS-485 47 3.4 Môi trường truyền dẫn 47 3.5 Các chuẩn thông tin liên lạc phổ biến 48 3.6 Kết luận 49 Chương Thiết kế hệ thống tích hợp điều khiển trạm biến áp Phần I Tích hợp hệ thống Rơle số với RTU560 Nội dung giải pháp 4.1 Cổng giao tiếp chuẩn giao thức truyền thông 51 51 52 52 4.1.1 Tại thiết bị RTU560 52 4.1.2 Tại Rơle số 54 4.2 Cách kết nối 56 Luận văn cao học 4.3 Cài đặt tham số xử lý giao thức IEC 60870-5-103 57 4.3.1 Tại Rơle số 57 4.3.2 Tại RTU560 58 Phần II Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển trạm sử dụng RTU560 4.4 Một số giải pháp điều khiển trạm máy tính 4.4.1 63 63 63 4.4.2 Phương án thay toàn hệ thống bảo vệ, điều khiển Phương án thay phần rơle bảo vệ 4.4.3 Phương án sử dụng RTU560 65 4.4.4 So sánh phương án 69 4.4.5 Kết luận 69 4.5 Xây dựng hệ thống điều khiển trạm thông qua RTU560 64 70 4.5.1 Hệ thống phần cứng 70 4.5.2 Hệ thống phần mềm 71 4.5.3 Cấu hình RTU560 72 4.5.4 Cách tạo giao diện điều khiển trạm 73 4.5.5 Khởi động chạy hệ thống điều khiển trạm 79 4.6 Kết luận Chương Xây dựng hệ thống SCADA kiểu cho trạm 110 KV Thanh Xuân 5.1 Thực trạng trạm 110kV E1.20 Thanh Xuân 82 83 83 5.2 Lắp đặt thiết bị phần cứng 88 5.3 Tạo sở liệu cấu hình cho RTU560 90 5.4 Tạo giao diện điều khiển trạm 94 5.5 Tích hợp hệ thống Rơle số Micom với RTU560 99 5.6 Kết đạt 103 5.7 So sánh hệ thống SCADA trạm Thanh Xuân với hệ thống SCADA kiểu cũ sử dụng cho trạm 110kV trước 111 5.8 Kết luận Chương Kiến nghị kết luận 112 113 Tài liệu tham khảo Luận văn cao học DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ DA Distribution Automation Hệ thống tự động phân phối DC District Control Center Trung tâm điều khiển cấp điện lực DMS Distribution Management System Hệ thống quản lý phân phối EMS Energy Management System Hệ thống quản lý lượng GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HMI Human Machine Interface Giao diện người máy ICCP Inter-Control Center Communication Protocol IEDs Intelligent Electronic Devices Thiết bị điện tử thông minh LAN Local Area Network Mạng nội NC National Control Center Trung tâm điều khiển cấp quốc gia PLC Power Line Carrier Tải ba RC Regional Control Center Trung tâm điều khiển cấp miền RTU Remote Terminal Units Thiết bị đầu cuối SAS Substation Automation System Hệ thống tự động hóa trạm biến áp SCADA Supervisory Control And Data Acquisition SOE Sequence Of Event Chuỗi kiện STP Shielded Twisted Pair Cáp đôi dây xoắn có bọc kim TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol UHF Ultra High Frequency Dải tần số cực cao UTP Unshielded Twisted Pair Cáp đôi dây xoắn không bọc kim WAN Wide Area Network Mạng diện rộng Luận văn cao học DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng danh sách trạm lắp đặt HT SCADA 11 Bảng 5.1 Bảng thống kê tín hiệu cần lấy cho SCADA 87 Bảng 5.2 Bảng excel khai báo liệu theo chuẩn IEC 60870-5-101 91 Bảng 5.3 Bảng excel khai báo liệu theo chuẩn IEC 60870-5-103 92 Bảng 5.4 Các tham số cài đặt cho rơle MICOM 101 Bảng 5.5 Bảng thống kê dòng điện lộ đường dây 109 Bảng 5.6 Bảng thống kê P,Q biể đồ cosfi 110 Bảng 5.7 Bảng tổng hợp khối lượng VTTB tính thành tiền theo 112 đơn giá dự án SCADA năm 2003 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc phần cứng trung tâm Hình 2.1 Khả kết nối RTU560 17 Hình 2.2 Cấu trúc điển hình rack RTU560 18 Hình 2.3 Sơ đồ khối logic Analog input board 23AE21 19 Hình 2.4 Giá trị analog hiển thị theo chuẩn IEC 60870-5-101 19 Hình 2.5 Loại tín hiệu Live Zero 20 Hình 2.6 Sơ đồ khối logic Binary input board 23BE21 21 Hình 2.7 Sơ đồ khối logic 23BA20 22 Hình 2.8 Hình 2.9 Xung lệnh đơn Định nghĩa xung lệnh đơn 23 23 Hình 2.10 Xung lệnh kép 23 Hình 2.11 Định nghĩa lệnh kép 24 Luận văn cao học Hình 2.12 Sơ đồ khối logic 560SLI02 24 Hình 2.13 Sơ đồ 560SLI02 25 Hình 2.14 Sơ đồ khối logic 560 ETH03 26 Hình 2.15 Sơ đồ 560RTH03 27 Hình 2.16 Sơ đồ khối logic 560PSU01 28 Hình 2.17 Sơ đồ 560PSU01 28 Hình 2.18 Tín hiệu đo lường tham số cài đặt 30 Hình 2.19 Network- RTU Hardware- đối tượng HTĐ 31 Hình 2.20 Partten hồn chỉnh với tham số cài đặt 32 Hình 2.21 Lưu đồ tạo file cấu hình cho RTU560 32 Hình 2.22 Sơ đồ sợi trạm biến áp 33 Hình 2.23 Sơ đồ mô tả tổng quan Intergrated HMI 34 Hình 2.24 Chọn chuẩn truyền thơng 35 Hình 2.25 Chọn tham số lớp vật lý 35 Hình 2.26 Chọn tham số lớp ứng dụng 36 Hình 3.1 Mơ hình tham chiếu OSI 41 Hình 3.2 So sánh TCP/IP với OSI 43 Hình 3.3 Phương pháp Master/ Slave 45 Hình 3.4 Giao diện RS-232 45 Hình 3.5 Một số ví dụ ghép nối RS-232 46 Hình 3.6 Sơ đồ kích thích driver thu receiver RS-485 47 Hình 3.7 Hàng loạt tiêu chuẩn thơng tin liên lạc sử dụng trạm Hình 3.8 Các chuẩn truyền thông 48 49 Hình 4.1 Các chuẩn truyền thơng tích hợp RTU560 53 Hình 4.2 Cổng CP1 CP2 theo giao diện RS-232 54 Hình 4.3 Cổng CP1 CP2 theo giao diện RS-422 54 Hình 4.4 Cổng truyền thơng RS-485 rơle MICOM 55 Luận văn cao học Hình 4.5 Sơ đồ biến đổi RS232/RS485 56 Hình 4.6 Sơ đồ kết nối rơle đến đường bus hệ thống 56 Hình 4.7 Sơ đồ kết nối hệ thống rơle số với RTU560 57 Hình 4.8 Cấu trúc thơng tin đối tượng tín hiệu 58 Hình 4.9 Tham số đo lường cài đặt 60 Hình 4.10 Tham số điều khiển cài đặt 60 Hình 4.11 Tham số địa cài đặt 61 Hình 4.12 Đồng thời gian RTU với TB cấp 62 Hình 4.13 Hệ thống PACiS- AREVA 64 Hình 4.14 Hệ thống SICAM PAS 65 Hình 4.15 Giao diện điều khiển trạm qua RTU560 67 Hình 4.16 Mơ hình điều khiển trạm qua RTU560 68 Hình 4.17 Các tham số cấu hình phần mềm RTUtil NT 73 Hình 4.18 Trang trắng nơi mà đối tượng chèn vào 74 Hình 4.19 Chọn chức trang 74 Hình 4.20 Các phần tử tĩnh thư viện 75 Hình 4.21 Trạng thái thiết bị 76 Hình 4.23 Hiển thị thời gian hệ thống 76 Hình 4.24 Máy cắt dao cách ly 77 Hình 4.25 Điều chỉnh tăng giảm nấc MBA 77 Hình 4.26 Bảng liệu khứ 78 Hình 4.27 ậnuhành Hình 4.28 Nhật Bảng ký tínvhiệ cảnh báo 78 78 Hình 4.29 Khởi động ứng dụng HMI 79 Hình 4.30 Đăng nhập vào hệ thống 79 Hình 4.31 Trang Web với trang ứng dụng 80 Hình 4.32 Sơ đồ sợi trạm biến áp A 80 Luận văn cao học Hình 4.33 Lệnh điều khiển đóng cắt máy cắt 81 Hình 4.34 Lệnh điều chỉnh tăng giảm nấc MBA 81 Hình5.1 Sơ đồ sợi trạm E1.20 Thanh Xuân 85 Hình5.2 Sơ đồ hệ thống SCADA kiểu 89 Hình5.3 Web Server hiển thị thơng tin trạm E1.20 Thanh Xuân 93 Hình5.4 Trang mở đầu tạo giao diện điều khiển trạm 94 Hình5.5 Sơ đồ MC171 hệ thống dao kèm 95 Hình5.6 Đặt tham số cho MC 171 96 Hình5.7 Đặt tham số đo lường 97 Hình5.8 Sơ đồ sợi trạm E1.20 97 Hình5.9 Kích hoạt chức lưu trữ kiện trạng thái MC171 98 Hình5.10 Lưu trữ tín hiệu cảnh báo 98 Hình5.11 Lưu trữ tín hiệu điều khiển 98 Hình5.12 Sơ đồ kết nối hệ thống rơle Micom với RTU560 99 Hình5.13 Khai báo Input Rơle lộ MC 471 102 Hình5.14 Khai báo Output Rơle lộ MC 471 102 Hình5.15 Tín hiệu trạm hiển thị dạng thư mục 103 Hình5.16 Lệnh đóng mở máy cắt 171 tăng giảm nấc MBA T1 104 Hình5.17 Khởi động ứng dụng HMI 105 Hình5.18 Đăng nhập hệ thống với tài khoản điều khiển 106 Hình5.19 Sơ đồ sợi trạm E1.20 Thanh Xuân 106 L ệnh nhật đk đóng 485 số daođo171 MBA T1 T2 Xem ký vm ậnởhMC171 ành tham lường MC471 107 108 Hình5.20 Hình5.21