Nghiên ứu hệ thống tự động điều khiển và bảo vệ trạm biến áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN Mà SỐ : TÔ TUẤN ANH Người hướng dẫn khoa học: GS.VS.TSKH TRẦN ĐÌNH LONG HÀ NỘI 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131622851000000 Luận văn Cao học -1- Mục lục Trang Mục lục Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chơng Giới thiệu tổng quan tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp 1.1 Tổng quan hệ thống tự động điều khiển trạm biến ¸p… …8 1.2 HƯ thèng thiÕt bÞ……………… …………………………………… 10 1.3 Hệ thống liệu 12 Chơng Cấu trúc mạng thông tin điện lực 2.1 Giới thiệu .14 2.2 Mạng thông tin điện lực 15 2.2.1 Sự xuất đặc điểm mạng thông tin điện lực 15 2.2.2 Quá trình hình thành hệ thống thông tin chuẩn hoá thống 16 2.2.3 Thiết kế mạng tơng lai .19 2.2.4 Những vấn đề khác liên quan đến mạng thông tin điện lực …21 2.3 C¸c chuÈn giao thøc ………………… ………………………… 26 2.3.1 Khái niệm . 26 2.3.2 Lớp giao thức thông tin ………………… 27 2.3.3 Giao thøc OSI………………………………………… …………….29 2.3.4 Giao thøc TCP/IP 33 Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -2- 2.4 Các hệ thống thiết bị mạng thông tin 36 2.5 Liên kết thông tin IEDs 38 2.5.1 Khái niệm dạng liên kết 38 2.5.1.1 Liên kết hình 39 2.5.1.2 Liên kết nhiều điểm. 39 2.5.2 Kết nối trạm điện.44 2.5.2.1 Đặc điểm thông tin trạm điện. 44 2.5.2.2 Các thông số đặc tính kỹ thuật cáp nối EIA-232, EIA-485 cáp quang.. 45 2.5.2.3 ứng dụng EIA-232, EIA-485 cáp quang mạng cấu trúc hình Bus 45 Chơng Hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến ¸p-SAs 3.1 Giíi thiƯu .49 3.2 CÊu tróc vµ thành phần hệ thống SAS.52 3.2.1 Khối ®iỊu khiĨn trung t©m 52 3.2.1.1 Bé xö lý – CPU 52 3.2.1.2 Bé xư lý th«ng tin MCP 56 3.2.1.3 Bé xö lý thông tin sở CP 63 3.2.1.4 Khối vào I/O…………………………………………….….……64 3.2.1.5 Bé nhËn tÝn hiÖu thêi gian……………………………………… 76 3.2.2 Máy tính kỹ thuật đặt cấu hình phần cứng cho SAS. 76 3.2.3 Giao diện ngời máy trạm..83 3.2.4 Thiết bị điện thông minh IEDs. 83 Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -3- 3.2.4.1 Rơ le kỹ thuật số.84 3.2.4.2 Công tơ điện tư nhiỊu biĨu gi¸ 87 3.3 Hoạt động SAS 91 3.3.1 Chơng trình khởi động hoạt động hệ thống khởi động 91 3.3.2 Quá trình truyền liệu .93 Ch¬ng Đánh giá thực trạng SAS Việt Nam đề xuất 4.1 Thực trạng ứng dụng SAS trạm biến áp từ 220kV trở lên phía Bắc VÝ dơ thĨ ……………………………… ………106 4.2 TriĨn väng ph¸t triển Một số đề xuất.115 Tài liệu tham khảo .117 Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -4- DANH MC CC HèNH V Hình 2.1 Trạm LAN mức xử lý LAN Hình 2.2 Thiết kế trạm thực tế với ứng dụng mở rộng với kết nối bên WAN, Internet Hình 2.3 Nguyên tắc xử lý giao thức theo mô hình lớp Hình 2.4 Giao thức OSI Hình 2.5 Mạch vòng không tÝch cùc Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống SAS Hình 3.2 Bố trí mặt trước CPU Hình 3.3 MCP modul cộng thêm Hình 3.4 Bố trí mặt trước MCP Hình 3.5 Modul cộng thêm XC2 Hình 3.6 Modul cộng thêm XF6 Hình 3.7 Bộ xử lý thơng tin sở Hình 3.8 Ngun lý làm việc input Hình 3.9 Sơ đồ đấu nối DI Hình 3.10 Sơ đồ đấu nối AI-32 6MD1031 (Modul đầu vào tương tự-trạng thái tĩnh) Hình 3.11.Sơ đồ đấu nối AI-16 6MD1032 (Modul đầu vào tương tự - rơle) Hình 3.12 Nguyên lý hoạt động AI32 Hình 3.13 Nguyên lý hoạt động AI16 Hình 3.14 Sơ đồ đấu nối CO-6MD1022 Hình 3.15 Nguyên lý hoạt động lệnh đầu modul CO Hình 3.16 Sơ đồ đấu nối modul CR 6MD1023 Hình 3.17 Cơng cụ đặt cấu hình SC Hình 3.18 Cấu trúc dự án Nghiªn cøu hƯ thèng tù động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -5- Hỡnh 3.19 Cu hình khối điều khiển trung tâm – SC Hình 3.20 Thư viện điều khiển mức ngăn Hình 3.21 Ví dụ chức thơng tin bảo vệ khoảng cách Hình 3.22 Thư viện điều khiển xa Hình 3.23 Chức CFC Hình 3.24 Cấu trúc rơ le kỹ thuật số Hình 3.25 Sơ đồ khối cơng tơ điện tử nhiều biểu giá Hình 3.26 Cấu trúc mở hệ thống tự động điều khiển Hình 3.27 Truyền liệu xử lý thơng tin Hình 3.28 Dữ liệu thu chế độ yêu cầu Hình 3.29 Dữ liệu thu nhận chế độ hình ảnh Hình 3.30 Nguyên lý hoạt động đầu thơng qua Modul CO Hình 3.31 Ngun lý hoạt động đầu thơng qua modul CO DI Hình 3.32 Nguyên lý hoạt động đầu thông qua modul CO CR Hình 3.33 Nguyên lý hoạt động đầu thông qua modul CO, CR DI Hình 4.1.Hệ thống thiết bị sơ cấp trạm với 01 máy biến áp 125MVA Hình 4.2 Màn hình sơ đồ hệ thống điều khiển trạm Hình 4.3 Màn hình hệ thống bảo vệ Hình 4.4 Thiết bị điện thơng minh : Rơle khoảng cách 7SA52 Transducer Hình 4.5 Bộ điều khiển ngăn lộ 6MD664 Hình 4.6 Bố trí điều khiển trung tâm SC tủ kết nối Hình 4.7 Hệ thống máy tính Hình 4.8 Phịng điều khiển trạm Hình 4.9 Màn hình điều khiển phía 220kV Hình 4.10 Màn hình điều khiển máy biến áp AT1 Hình 4.11 Màn hình điều khiển ngăn lộ máy cắt vịng phía 110kV Nghiªn cøu hƯ thèng tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -6- Lời nói ®Çu Cơng nghệ thơng tin tự động hố ngày ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực xã hội Khơng nằm ngồi tiến trình phát triển đó, Điện lực Việt Nam có bước tiến mạnh mẽ, đặc biệt việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin tự động hố vào việc điều hành, quản lý bảo vệ hệ thống điện Việt Nam Hệ thống điện gồm nguồn phát nhà máy điện, hệ thống lưới truyền tải, hệ thống lưới phân phối phụ tải tiêu thụ điện, chúng có quan hệ gắn bó với thành thể thống nhất, bị phá vỡ xảy hậu nặng nề cho toàn hệ thống nói riêng cho kinh tế nói chung Chính địi hỏi vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống an toàn, tin cậy cần thiết Song song với phát triển hệ thống điện đại, thiết bị điện chế tạo dựa công nghệ tiên tiến, vấn đề quản lý, giám sát, điều khiển vận hành hệ thống điện không ngừng phát triển với trợ giúp thiết bị tự động, thiết bị truyền tin, thiết bị điều khiển từ xa, hệ thống tự động điều khiển, giám sát bảo vệ hệ thống điện Hệ thống tự động điều khiển trạm biến áp khơng cịn khái niệm mẻ kỹ sư, cán kỹ thuật, sinh viên…ngành Hệ Thống Điện Vì việc nghiên cứu cách chi tiết đặc điểm, cấu trúc hoạt động hệ thống nhằm phục vụ cho việc ứng dụng chúng thực tế cần thiết Tên luận văn : “ Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp - SAS ” Luận văn chia thành chng : Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -7- Chng gii thiu mt cỏch tổng quát hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Chương đề cập đến vấn đề mạng thông tin điện lực, chuẩn giao thức, hệ thống thiết bị mạng kết nối mạng Chương trình bày chi tiết hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp - SAS, cấu trúc, thành phần hoạt động SAS Chương chương cuối luận văn, đánh giá thực tế trình sử dụng SAS trạm biến áp phía Bắc, cụ thể Trạm biến áp 220kV Bắc Ninh số đề xuất Kiến thức hệ thống tự động điều khiển, bảo vệ rộng, thời gian làm việc cho luận văn cao học tương đối ngắn, khơng tránh khỏi thiếu sót luận văn này…Rất mong nhận giúp đỡ, góp ý thầy, cô môn Hệ thống điện - Trường ĐHBK Hà Nội bạn đọc ngồi ngành điện Tơ Tuấn Anh Nghiªn cøu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -8- Chơng Giới thiệu tổng quan tự động điều khiển, bảo vệ TRạM BIếN áP đại 1.1 Tỉng quan vỊ hƯ thèng tù ®éng ®iỊu khiĨn trạm biến áp Hệ thống tự động điều khiển hệ thống điện dựa sở hệ thống truyền thông công nghệ số kết phát triển vợt bậc lĩnh vực tự động hoá Dựa mạng thông tin điện lực, ngời ta đa tiêu chuẩn chung tạo điều kiện phối hợp hoạt động thiết bị điện thông minh (IEDs), máy tính trạm thiết bị điều khiển giám sát cấp độ cao hơn, làm cho hệ thống bảo vệ, điều khiển giám sát hệ thống điện hiệu quả, tiết kiệm có nhiều tiện ích nhiều, đặc biệt vấn đề liƯu Trong hƯ thèng tù ®éng ®iỊu khiĨn hƯ thèng ®iƯn nãi chung ph¶i kĨ ®Õn hƯ thèng tù ®éng điều khiển trạm biến áp Nó đợc định nghĩa giao diện với thiết bị trạm thiết bị điện thông minh (IEDs) cho phép liên kết mạng trao đổi liệu hệ thống, ngời sử dụng trạm Một hệ thống tự động điều khiển trạm biến áp thờng bao gồm phần tử sau : Các thiết bị điện thông minh (IEDs) : Đây thiết bị sử dụng công nghệ số Ưu điểm chúng lớn u điểm lớn thông tin Trong trạm biến áp IEDs thờng đợc sử dụng bảo vệ kỹ thuật số, thiết bị đo lờng kỹ thuật số, công tơ điện tử, transducer Các khối vào mức ngăn : Các thiết bị làm nhiệm vụ liên lạc trực tiếp từ thiết bị điện thông minh lên bé xư lý trung t©m Bé xư lý chđ (trung tâm) trạm : Đây giao diện liên lạc trung tâm khối xử lý mức ngăn (I/O Transducer) Bộ xử lý hoạt động nh Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến áp Tô Tuấn Anh Luận văn Cao học -9- xử lý chủ chỗ để lu liệu, tính toán, điều khiển, hiển thị thông tin trạm dới khuôn dạng khác giao diện ngời sử dụng chỗ (UI), cất giữ thông tin cho công việc phân tích tơng lai lu trữ ghi Mạng cục trạm (LAN Local Area Network) : LAN liên kết phần tử hệ thống tự động điều khiển với thiết bị điện thông minh (IEDs) Các giao diện hệ thống liên lạc : Giao diện với thiết bị điện thông minh IEDs trạm nhằm dịch thủ tục IEDs sang thủ tục chung LAN phục vụ dịch vụ truy nhập, giao diện với hệ thống thông tin điện lực bên trạm Trao đổi thông tin với hệ thống khác ngời sử dụng từ xa nh kỹ s điều phối điều độ Giao diện với ngêi sư dơng (HMI) : Cho phÐp ngêi vËn hµnh trạm biến áp truy nhập, phát triển bảo dỡng hệ thống liệu thực thao tác ®iỊu khiĨn cịng nh ghi nhËn c¸c sù kiƯn, sù cố thiết bị điện trạm Tính tự động hệ thống đợc thể khả sau : - Bảo vệ hệ thống điện - Ghi chụp cố, thị cố - Đo lờng giá trị - Điều khiển thiết bị theo vị trí : chỗ, bảng điều khiển, trạm từ xa - Tự động đa bảo vệ vào làm việc tách - Giám sát liên động, điều khiển trình - Đồng thời gian IEDs - Phân tích định kỳ thiết bị - Hiển thị điều kiện làm việc thiết bị - Chỉ thị h hỏng máy cắt giải trừ - Tự động đóng lặp lại Nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển bảo vệ trạm biến ¸p T« TuÊn Anh