Hệ thống mini scada áp dụng ho á trạm biến áp 110 kv miền bắ

ĐÀO QUANG MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐÀO QUANG MINH HỆ THỐNG ĐIỆN HỆ THỐNG MINI SCADA ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP 110kV MIỀN BẮC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN 2008 - 2010 Hà Nội 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131809871000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀO QUANG MINH HỆ THỐNG MINI SCADA ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP 110kV MIỀN BẮC NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Nguời hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT Mở đầu Chương I: Cơ sở kỹ thuật truyền thông 1.1 Chế độ truyền tải thông tin 1.2 Cấu trúc mạng 1.3 Các tiêu chuẩn thông tin hệ thống điện 13 1.4 Giao thức IEC 61850 20 1.5 Giao thức sử dụng cho việc truyền tin xa 25 1.6 Kết luận 27 Chương II: Hệ thống SCADA ứng dụng Hệ thống điện 28 2.1 Dữ liệu thời gian thực cần thiết 28 2.2 Hệ thống quản lý mạng 29 2.3 Hệ thống liên lạc SCADA 33 2.4 Các chức hệ thống SCADA 39 2.5 Kết luận 44 Chương III: Thực trạng thiết bị, tự động hóa điều khiển lưới điện 110kV Cơng ty Lưới điện cao miền Bắc quản lý 45 3.1 Giới thiệu chung lưới điện 110kV 45 3.2 Hiện trạng thiết bị hệ thống điều khiển 47 3.3 Kết luận 51 Chương IV: Hệ thống miniSCADA ứng dụng cho trạm 110kV 53 4.1 Mơ hình hệ thống miniSCADA 53 4.2 Kiến trúc hệ thống tích hợp điều khiển trạm 55 4.2.1 Trao đổi thông tin thiết bị hệ thống tích hợp 56 4.2.2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống tích hợp điều khiển trạm 61 4.2.3 Yêu cầu hệ thống máy tính sử dụng trạm 61 4.3 Hệ thống thu thập liệu Công ty Lưới điện cao 62 4.4 Cấu trúc hệ thống trung tâm điều khiển 64 4.5 Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm 110kV miền Bắc 67 4.6 Xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm 110kV Phù Chẩn 71 4.6.1 Tổng quan trạm 110kV Phù Chẩn - Bắc Ninh 71 4.6.2 Giải pháp công nghệ SCADA cho trạm 110kV Phù Chẩn 74 4.6.2.1 Danh sách liệu SCADA 74 4.6.2.2 Giải pháp xây dựng hệ thống tích hợp điều khiển trạm 76 4.7 Kết nối thiết bị hệ thống Mini SCADA 81 4.7.1 Sơ đồ kết nối thiết bị hệ thống 81 4.7.2 Cấu hình hệ thống điều khiển máy tính cho trạm 110kV 83 4.7.3 Các giao diện máy tính hệ thống tích hợp điều khiển trạm 90 4.7.4 Các chức hệ thống tích hợp điều khiển 100 4.8 So sánh cấu trúc hệ thống điều khiển máy tính trạm 110kV với hệ thống điều khiển tích hợp trạm 220kV 101 4.9 Kết luận 103 Chương V: Hiệu mô hình mini SCADA kiến nghị 104 5.1 Những hiệu mang lại áp dụng mô hình mini - SCADA 104 5.2 Những khó khăn khai mơ hình miniSCADA 106 5.3 Những kiến nghị 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 CÁC PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các chế độ truyền tin Hình 1.2: Cấu trúc point-to-multipoint Trung tâm điều độ Hình 1.3: Cấu trúc bus 10 Hình 1.4: Cấu trúc dạng mạch vòng 11 Hình 1.5: Cấu trúc mạng hình 11 Hình 1.6: Cấu trúc mạng dạng 12 Hình 1.7: Mơ hình kiến trúc OSI 14 Hình 1.8: Các tiêu chuẩn thông tin liên lạc sử dụng trạm 18 Hình 1.9: Các chuẩn thơng tin liên lạc với bên trạm 19 Hình 1.10: Xu hướng chuẩn trao đổi thơng tin 20 Hình 1.11: Kiến trúc chức IEC 61850 22 Hình 1.12: Các mức phân chia mơ hình thơng tin 23 Hình 1.13: Khái niệm ngăn lộ 24 Hình 1.14: Cấu trúc liệu thơng điệp IEC60870-5-101 26 Hình 1.15: Ngăn xếp giao thức IEC60870-5-104 26 Hình 2.1: Chu trình đo lường, thơng tin, vận hành hệ thống điện 28 Hình 2.2: Các ứng dụng SCADA 30 Hình 2.3: Cấu trúc phần cứng trung tâm 33 Hình 2.4: Cấu trúc kiểu point - to – point 34 Hình 2.5: Cấu trúc kết nối nối tiếp 34 Hình 2.6: Cấu trúc - nối tiếp 35 Hình 2.7: Cấu trúc kết nối kiểu điểm nhiều điểm (multi-drop) 35 Hình 2.8: Một số kênh liên lạc hệ thống SCADA 37 Hình 2.9: Chức thu thập liệu 40 Hình 2.10: Chức thị trạng thái 40 Hình 2.11: Đo lường giá trị tương tự 41 Hình 2.12: Cơ sở liệu phục vụ cho tính tốn 42 Hình 3.1: Mơ hình thông tin, phân quyền điều khiển trạm 110kV 50 Hình 4.1: Mơ hình thơng tin tổng thể hệ thống miniSCADA 53 Hình 4.2: Mơ hình thơng tin áp dụng mini SCADA 54 Hình 4.3: Kiến trúc mức trạm biến áp 55 Hình 4.4: Cấu trúc vận hành hệ thống tích hợp 57 Hình 4.5: Mơ hình trao đổi liệu mức 58 Hình 4.6: Lược đồ khái niệm trao đổi thông tin 59 Hình 4.7: Kiến trúc phần cứng hệ thống 63 Hình 4.8: Kiến trúc hệ thống trung tâm quản lý 64 Hình 4.9: Kết cấu hệ thống trung tâm điều khiển 65 Hình 4.10: Mơ hình hệ thống tích hợp cho trạm 68 Hình 4.11: Mơ hình trạm trang bị RTU 69 Hình 4.12: Mơ hình xây dựng hệ thống tích hợp 69 Hình 4.13: Mơ hình hệ thống tích hợp áp dụng 70 Hình 4.14: Sơ đồ nối điện trạm E27.8 phê duyệt 72 Hình 4.15: Giải pháp lắp đặt BCU phía 110kV 77 Hình 4.16: Sơ đồ điều khiển bảo vệ phía 22kV 79 Hình 4.17: Hệ thống chiều, xoay chiều trạm 110kV Phù Chẩn 80 Hình 4.18: Kết nối thiết bị tổng thể hệ thống tích hợp 81 Hình 4.19: Sơ đồ kết nối rơ le bảo vệ BCU phía 110kV 82 Hình 4.20: Sơ đồ kêt nối rơ le bảo vệ phía 22kV 82 Hình 4.21: Khối điều khiển ngăn lộ 6MD63 – Siemens 84 Hình 4.22: Giao diện tổng quan toàn hệ thống điều khiển 91 Hình 4.23: Giao diện tổng quan trạm 110kV Phù Chẩn 92 Hình 4.24: Giao diện ngăn lộ 94 Hình 4.25: Giao diện ngăn lộ máy biến áp 94 Hình 4.26: Màn hình danh sách cảnh báo ngăn lộ 96 Hình 4.27: Giao diện hệ thống AC/DC 98 Hình 4.28: Giao diện rơ le 99 Hình 4.29: Bảng báo cáo thông số vận hành 100 Hệ thống miniSCADA áp dụng cho trạm biến áp 110kV miền Bắc MỞ ĐẦU Thực trạng hệ thống thông tin trạm 110kV lý chọn đề tài Quá trình sản xuất, truyền tải phân phối điện hệ thống điện Việt Nam (cũng toàn giới) phân bố rộng khắp mặt địa lý Do để vận hành an tồn, ổn định kinh tế phần khơng thể thiếu trao đổi thông tin Lưới điện 110kV miền Bắc Công ty Lưới điện cao miền Bắc quản lý ngày phát triển, trung bình năm số trạm 110kV tăng khoảng 10 trạm 200km đường dây 110kV Tuy nhiên nhiều trạm xây dựng lâu xây dựng chưa đồng sở vật chất phương tiện phục vụ cho việc trao đổi thông tin vận hành, cơng tác điều hành cịn thô sơ chưa đáp ứng với tốc độ phát triển cần thiết cho việc vận hành an toàn, ổn định lưới điện Việc tiếp nhận, phân tích xử lý lưu trữ thông tin liệu tiến hành thủ công, thông tin cần thiết lưới điện thu thập có u cầu cụ thể (ví dụ xảy cố: nhân viên trực vận hành trạm kiểm tra tình trạng thiết bị, khai thác thông tin cố qua rơ le báo cáo cấp điều độ liên quan thông qua điện thoại) dẫn tới kéo dài thời gian xử lý tình Ngồi việc cập nhật thơng số chưa diễn thường xuyên có hệ thống, lưu trữ liệu hầu hết vào sổ ghi thông số dẫn đến việc truy xuất liệu cần thiết thời gian phức tạp, chưa kể đến trình độ nhân viên vận hành trạm khác mức độ tin cậy việc truyền đạt, lưu trữ thông tin vận hành vấn đề đáng quan tâm Xuất phát từ thực tiễn công việc, yêu cầu cấp thiết việc theo dõi giám sát, điều khiển thiết bị trạm 110kV nguyên nhân cho việc tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng hệ thống miniSCADA cho trạm biến áp 110kV miền Bắc, đề tài luận văn Hệ thống miniSCADA áp dụng cho trạm biến áp 110kV miền Bắc Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu luận văn tìm hiểu nghiên cứu SCADA áp dụng Hệ thống điện từ dẫn đến việc đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống miniSCADA cho trạm 110kV miền Bắc Để có hệ thống hồn chỉnh phải có nhiều khâu, nhiều phận, nhiều q trình cấu thành Hệ thống SCADA khơng nằm ngồi qui luật Chính vậy, luận văn đề cập tìm hiểu tới thành phần, yếu tố có liên quan trực tiếp đến việc xây dựng hệ thống mini SCADA cho trạm 110kV, với mục đích có nhìn đầy đủ tồn diện Người viết hy vọng qua luận văn tìm hiểu nắm bắt lĩnh vực công nghệ tiên tiến ứng dụng hệ thống điện, tiêu quy định, tiêu chuẩn yêu cầu với thiết bị trạm biến áp EVN với kết từ việc xây dựng hệ thống miniSCADA có thêm kiến thức mới, đề giải pháp cải tạo hệ thống tự động điều khiển, giám sát thu thập liệu cho trạm biến áp 110kV miền Bắc Bố cục luận văn Để thực mục đích nghiên cứu trình bày trên, luận văn trình bày chương phần phụ lục Nội dung cụ thể phần là: Chương 1: "Cơ sở kỹ thuật truyền thông" trình bày khái niệm việc truyền thơng tin Chương tìm hiểu giao thức chuẩn thông tin liên lạc dùng Hệ thống điện giới thiệu giao thức truyền thông IEC 61850, IEC 60780 -101/104 Chương 2: "SCADA ứng dụng Hệ thống điện" tập trung tìm hiểu cấu trúc hoạt động hệ thống giám sát điều khiển thu nhập liệu SCADA tổng quan Hệ thống điện Chương 3: "Hiện trạng trang thiết bị, tự động hoá điều khiển lưới điện 110kV Công ty Lưới điện cao miền Bắc quản lý" Chương nêu thực Hệ thống miniSCADA áp dụng cho trạm biến áp 110kV miền Bắc trạng nhu cầu việc xây dựng hệ thống miniSCADA cho lưới điện 110kV khu vực miền Bắc Chương 4: "Hệ thống miniSCADA áp dụng cho trạm 110kV miền Bắc" Toàn chương trình bày giải pháp áp dụng mơ hình miniSCADA cho trạm 110kV miền Bắc xây dựng hệ thống tích hợp điều khiển giám sát cho trạm 110kV Phù Chẩn - Bắc Ninh Chương 5: “Hiệu mô hình miniSCADA kiến nghị” - chương phân tích lợi ích mang lại triển khai hệ thống miniSCADA trạm 110kV, khó khăn triển khai kiến nghị thực Phần tài liệu tham khảo Phần phụ lục Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền thụ kiến thức phương pháp nghiên cứu khoa học, đặc biệt Tiến sĩ Nguyễn Xuân Hoàng Việt đầu tư thời gian, kiến thức kinh nghiệm giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Hệ thống miniSCADA áp dụng cho trạm biến áp 110kV miền Bắc CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG Để kết nối thiết bị với cần phải có phương thức truyền thơng, phần quan trọng hệ thống, góp phần kết nối phần tử hệ thống lại với Đặc biệt Hệ thống điện, khối lượng thông tin cần trao đổi lớn ngày mở rộng, việc kết nối thiết bị mặt phải đảm bảo độ tin cậy đường truyền, mặt phải đáp ứng tốc độ truyền tin Để có nhìn tổng quan phương thức truyền thơng ta tìm hiểu phần sau: 1.1 Chế độ truyền tải thông tin Chế độ truyền tải hiểu phương thức bit liệu chuyển đối tượng truyền thông gồm: - Truyền song song hay nối tiếp - Truyền đồng hay không đồng - Truyền chiều (simplex), hai chiều toàn phần (duplex, full- duplex) hay hai chiều gián đoạn (half- duplex) - Truyền tải dải sở, truyền tải dải mang truyền tải dải rộng 1.1.1 Truyền bit song song truyền bit nối tiếp Truyền bit song song: Phương pháp truyền bit song song dùng phổ biến bus nội máy tính Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số kênh dẫn độ rộng bus song song Việc nhiều bit truyền đồng thời gây trở ngại lớn khoảng cách đối tác truyền thơng tăng lên khó đồng bên thu bên phát, khối lượng dây dẫn sử dụng lớn Chính phạm vi ứng dụng phương pháp truyền hạn chế khoảng cách nhỏ, có yêu cầu cao thời gian tốc độ truyền Truyền bit nối tiếp: Đào Quang Minh