ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP-THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA

Hiện nay trạm đã đảm đương được các công việc đại tu các thiết bị máy cắt, TU, dao cách ly và các thiết bị khác đến cấp điện áp 35 kV, xử lý sự cố từ xa, đảm nhiệm việc xử lý các hư hỏng

Trang 1

mục lục

m c l c ụ ụ 1

Gi i thi u v tr m bi n áp 220 kV Hà ông ớ ệ ề ạ ế Đ 4

1.1 Nh ng ch ng đ ữ ặ ườ ng phát tri n, đ c đi m, vai trò tr m bi n ể ặ ể ạ ế áp 220 kV Hà ông Đ 4

1.1.1 Nh ng ch ng đ ữ ặ ườ ng phát tri n và đ c đi m c a tr m ể ặ ể ủ ạ 4

1.1.2 Vai trò c a tr m bi n áp Hà ông ủ ạ ế Đ 4

1.2 Tìm hi u chung v các thi t b đi n trong tr m bi n áp ể ề ế ị ệ ạ ế 4

1.2.1 Máy bi n áp ế 4

1.2.2 Dao cách ly 5

1.2.3 Máy c t đi n ắ ệ 5

1.2.4 Thanh cái 5

1.2.5 Máy bi n dòng đi n ế ệ 5

1.2.6 Máy bi n đi n áp ế ệ 5

1.2.7 R le b o v ơ ả ệ 5

1.2.8 Các thi t b ch ng sét ế ị ố 6

1.3 CÊu trúc tr m bi n áp và các gi i pháp công ngh ạ ế ả ệ 6

1.3.1 C u trúc tr m bi n áp ấ ạ ế 6

1.3.2 Các gi i pháp công ngh chính ả ệ 7

1.3.2.1 C p cao áp 220 kV ấ 7

1.3.2.2 C p cao áp 110 kV ấ 7

1.3.2.3 C p trung áp 35 kV ấ 8

1.4 Đặ c tính k thu t c a các thi t b ỹ ậ ủ ế ị 9

1.4.1 Đặ c tính k thu t c a thi t b nh t th ỹ ậ ủ ế ị ấ ứ 9

1.4.1.1 Máy bi n áp ế 9

1.4.1.2 Các thi t b phân ph i ngoài tr i ế ị ố ờ 11

1.4.1.2.1 Máy c t ắ 11

1.4.1.2.2 Máy bi n dòng đi n, máy bi n đi n áp ế ệ ế ệ 13

1.4.1.2.3 Dao cách ly 14

1.4.1.2.4 Thi t b ch ng sét ế ị ố 16

1.4.1.2.5 R le b o v so l ch máy bi n áp ơ ả ệ ệ ế 17

1.4.1.3 Thi t b trong nhà ế ị 19

1.4.2 Đặ c tính k thu t c a thi t b nh th ỹ ậ ủ ế ị ị ứ 20

1.4.2.1 Thi t b đi u khi n ế ị ề ể 20

1.4.2.2 Thi t b b o v ế ị ả ệ 21

1.5 Quy trình v n hành ậ 22

1.5.1 Các thi t b thu c quy n đi u khi n ế ị ộ ề ề ể 22

1.5.2 V n hành ậ 22

1.5.3 V n hành tr m khi có s c ậ ạ ự ố 23

Tìm hi u h th ng SCADA qu n lý tr m đi n ể ệ ố ả ạ ệ 25

1.6 Khái ni m chung v SCADA/EMS/DM ệ ề 25

Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 1

Trang 2

1.6.1 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 25

1.6.2 H th ng qu n lý n ng l ệ ố ả ă ượ ng EMS (Energy Managment System) 25

1.6.3 H th ng DMS (Distribution Management System) ệ ố 26

1.7 i u khi n và giám sát Đ ề ể 26

1.8 Thông tin liên l c cho các h th ng SCADA ạ ệ ố 28

1.9 M t s khái ni m v truy n s li u ộ ố ệ ề ề ố ệ 30

1.10 Các thành ph n ch c n ng c b n ầ ứ ă ơ ả 33

1.11 Các thi t b ch có ch c n ng giám sát ế ị ủ ứ ă 33

1.12 Các thi t b xa có ch c n ng giám sát (RTU) ế ị ở ứ ă 34

1.13 Nh t ký v n hành v i h th ng SCADA ậ ậ ớ ệ ố 35

1.14 C ch thu th p tín hi u đo l ơ ế ậ ệ ườ ng c a SCADA ủ 36

Tìm hi u v thi t b đi u khi n logic kh trình ể ề ế ị ề ể ả 37

1.15 Khái ni m v thi t b đi u khi n logic kh trình (PLC) ệ ề ế ị ề ể ả 37

1.16 Các module c a PLC S7-300 ủ 37

1.17 Ki u d li u và phân chia b nh ể ữ ệ ộ ớ 40

1.18 Vòng quét ch ươ ng trình 42

1.19 C u trúc ch ấ ươ ng trình 43

1.20 T ch c b nh CPU ổ ứ ộ ớ 45

1.21 Trao đ i d li u gi a CPU và các module m r ng ổ ữ ệ ữ ở ộ 46

1.22 C u trúc l nh và tr ng thái k t qu ấ ệ ạ ế ả 47

Thi t k h th ng SCADA cho tr m đi n ế ế ệ ố ạ ệ 50

1.23 M c tiêu đ ra đ i v i thi t k h th ng SCADA ụ ề ố ớ ế ế ệ ố 50

1.24 Thi t b ph c v cho h th ng SCADA ế ị ụ ụ ệ ố 51

1.25 T ng h p tín hi u cho t ng c p đi n áp ổ ợ ệ ừ ấ ệ 53

1.25.1 Tín hi u ph n cao áp 220 kV ệ ầ 53

1.25.2 Tín hi u ph n cao áp 110 kV ệ ầ 54

1.25.3 Tín hi u ph n trung áp 35 kV ệ ầ 54

1.26 T ng h p tín hi u cho t ng PLC ổ ợ ệ ừ 56

1.26.1 Tín hi u vào ra đ i v i PLC1 ệ ố ớ 56

1.26.2 Tín hi u vào/ra đ i v i PLC2 ệ ố ớ 57

1.26.3 Tín hi u vào/ra v i PLC3 ệ ớ 57

1.26.4 Tín hi u vào/ ra đ i v i PLC4 ệ ố ớ 57

1.27 Ch n c u hình c ng cho t ng PLC ọ ấ ứ ừ 58

1.28 T o c u hình thi t b HMI và xác đinh vùng truy n thông ạ ấ ế ị ề b ng SIMATIC ProTool ằ 61

1.29 L p trình cho PLC ậ 62

thi t k giao di n đi u khi n ế ế ệ ề ể 63

ph l c 1 danh sách các bi n vào ra c a plc ụ ụ ế ủ 77

ph l c 2 Mã ngu n visual basic ụ ụ ồ 91

Trang 3

Trang 4

Giới thiệu về trạm biến áp 220 kV Hà Đông

1.1 Những chặng đường phát triển, đặc điểm, vai trò trạm biến áp 220 kV Hà Đông

1.1.1 Những chặng đường phát triển và đặc điểm của trạm.

- 1965 Trạm được đưa vào vận hành với cấp điện áp 35 kV

- 1968 Trạm được xây dựng lên cấp điện áp 110 kV

- 1982 Khởi công xây dựng mở rộng trạm lên cấp điện áp 220 kV và là trạm biến áp

220 kV đầu tiên của lưới điện miền Bắc

- 1983 Đón nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại hoà vào lưới điện miền Bắc Sau đó trạm tiếp tục được mở rộng lắp đặt thiết bị đủ để đón nhận công suất của cả 4 tổ máy nhiệt điện Phả Lại phát lên cho lưới điện miền Bắc, đồng thời cung cấp điện ngược lên phục vụ thi công nhà máy thủy điện Hòa Bình

- 1988 nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy thuỷ điện Hòa Bình phát lên

- 1998 Nâng công suất các MBA trạm và tiến hành thay đổi các thiết bị mới theo công

nghệ sản xuất mới, theo hướng hiện đại hoá-tự động hoá

Sản lượng điện truyền qua trạm hàng năm hơn 1,3 tỷ kWh, tổn thất điện năng qua trạm dưới 0,8% Hiện nay trạm đã đảm đương được các công việc đại tu các thiết bị máy cắt, TU, dao cách ly và các thiết bị khác đến cấp điện áp 35 kV, xử lý sự cố từ xa, đảm nhiệm việc xử lý các hư hỏng mạch điều khiển của các thiết bị trong trạm, cùng các trung tâm điều độ: A0, A1, B1, B10 xử lý nhanh, chính xác an toàn các sự cố trên lưới, đảm bảo việc cung cấp điện ổn định, liên tục, an toàn cho các phụ tải Hà Nội, Hà Tây và trên lưới điện miền Bắc

1.1.2 Vai trò của trạm biến áp Hà Đông

Trạm Biến áp 220 kV Hà Đông nằm trên địa bàn phố Ba La-phường Quang Trung-thị

xã Hà Đông-tỉnh Hà Tây, trạm trực thuộc Công ty Truyền Tải Điện 1-Tổng Công ty Điện lực Việt Nam Trạm là một điểm nút quan trọng nhất nằm giữa hai nhà máy điện lớn: nhà máy Nhiệt điện Phả Lại và nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, giữ vai trò điều phối cung cấp điện cho Hệ thống điện miền Bắc, trực tiếp cung cấp điện cho thủ đô Hà Nội, tỉnh Hà Tây

và vào các tỉnh miền Trung Khi đường dây 500 kV đưa vào vận hành, sự làm việc ổn định của trạm có ảnh hưởng trực tiếp tới sự ổn định của Hệ thống điện toàn quốc

1.2 Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp

1.2.1 Máy biến áp

Trang 5

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.

1.2.2 Dao cách ly

Dao cách ly là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp không có dòng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần và tạo nên khoảng cách cách điện an toàn, có thể nhìn thấy được Dao cách ly có thể đóng cắt dòng điện dung của đường dây hoặc cáp không tải, dòng điện không tải của máy biến áp Dao cách ly ở trạng thái đóng phải chịu dòng điện định mức dài hạn và dòng sự cố ngắn hạn như dòng ổn định nhiệt, dòng xung kích

1.2.3 Máy cắt điện

Máy cắt điện cao áp là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000 V trở nên ở mọi chÕ độ vận hành: chế độ không tải, chế độ tải định mức, chế độ sự cố, trong đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ nặng nề nhất

1.2.4 Thanh cái

Là thiết bị nhận điện năng từ các nguồn cấp đến và phân phối cho các cấp điện áp khác Đây là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối trong hệ thống điện

1.2.5 Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện (TI) là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện ở các cấp điện áp khác nhau về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (có trị số 1A hay 5A) để cung cấp cho các thiết bị

đo lường, rơle, tự động hoá

Về nguyên lý làm việc TI tương tự như máy biến áp

1.2.6 Máy biến điện áp

Máy biến điện áp (TU) là thiết bị dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp tiêu chuẩn, an toàn, dùng cho đo lường và bảo vệ rơle Trị số điện áp tiêu chuẩn thường

về người, thiết bị hay gián đoạn cung cấp điện

Trang 6

1.3 CÊu trúc trạm biến áp và các giải pháp công nghệ

Quy mô của trạm:

- 02 máy biến áp 250.000 kVA-225/115/23 kV

Kiểu loại: SDN.6444 hãng AEG

- 01 máy biến áp 63.000 kVA-115/38,5/23 kV

Kiểu loại: BQBT chế tạo TBĐ Đông Anh

- 01 máy biến áp 40.000 kVA-115/38,5/23 kV

Kiểu loại: BQBT chế tạo TBĐ Đông Anh

Trang 7

272 - Hoà Bình-I 276 - Ninh Bình

273 - Hoà Bình-II 277 - Hoà Bình-III

274 - Mai Động

Các thanh cái

Trạm có 03 thanh cái 220 kV: Đó là các thanh cái: C21-thanh cái 1, C22-thanh cái 2, C29-thanh cái vòng Hai thanh cái C21 và C22 được nối với nhau bởi máy cắt liên lạc

212, thanh cái vòng C29 được nối với máy cắt vòng 200

Thanh cái 220 kV được cấp điện từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (qua 3 lé: 272, 273, 277), từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại (qua lé 275) và từ đường dây 500 kV Từ đây điện

áp được cấp đến hai máy biến áp 3AT và 4AT của trạm

Ngoài ra tại từng cấp điện áp trong trạm còn được trang bị thêm các máy biến áp đo lường: máy biến điện áp TU, máy biến dòng điện TI sử dụng cho mục đích đo lường, bảo

Trang 8

Trên cấp điện áp 110 kV có 15 ngăn lộ trong đó có 08 lộ vào ra Đó là các lộ:

171 - Ninh Bình 172 - Thượng Đình-I

173 - Sơn Tây 174 - Chèm-I

175 - Chèm-II 176 - Thượng Đình-II

177 - Mai Động-I 178 - Mai Động-II

Các thanh cái

Trạm có 03 thanh cái 110 kV Đó là các thanh cái: C11- thanh cái 1, C12- thanh cái 2, C19- thanh cái vòng Hai thanh cái C11 và C12 được nối với nhau bởi máy cắt liên lạc

112, thanh cái vòng C19 được nối với máy cắt vòng 100

Thanh cái 110 kV được cấp điện từ hai máy biến áp 3AT và 4AT phía 220 kV Từ đây điện áp được cấp đến hai máy biến áp 1T và 2T của trạm

02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 133, 134

02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 1T và 2T là 131, 132

Hệ thống dao cách ly

Tổng số có 56 dao cách ly ở phía 110 kV Chúng được đặt trong nhà hay ngoài trời, là loại một pha hay ba pha Có một hay hai dao tiếp địa cho từng pha dùng để nối đất khi tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng

Trang 9

Các máy cắt 378, 376, 371, 373, 381, 375, 377, 379 đóng cắt các lộ tương ứng nối với thanh cái.

Máy cắt 300 là máy cắt phân đoạn

Hệ thống dao cách ly

Phía 35kV có tổng cộng 24 dao cách ly Chúng được đặt trong nhà hay ngoài trời, là loại mét pha hay ba pha Mỗi dao cách ly có 1 hay 2 dao tiếp địa để nối đất an toàn trong trường hợp thao tác với thiết bị

1.3.2.4 Cấp trung áp 22 kV

Cấp điện áp 22 kV có cả ở phía mạch 220 kV và phía mạch 110 kV của trạm

- Phía 110 kV:

+ Điện áp 22 kV được cấp từ máy biến áp 1T

+ Có 7 ngăn lộ trong đó có 6 lé ra cung cấp cho các phụ tải

+ Hệ thống máy cắt: ở cấp 22 kV dùng các máy cắt hợp bộ, có tất cả 7 máy cắt hợp

bộ Máy cắt 441 đóng cắt các lộ nối từ thanh cái 22 kV tới đầu ra của MBA 1T

Hiện nay cấp điện áp này đang được dự phòng chưa đưa vào sử dụng

- Phía 220kV:

+ Điện áp 22kV được lấy từ hai máy biến áp 3AT và 4AT sau đó được đưa tới hai máy biến áp tự dùng 43T và 44T

+ Hệ thống các máy cắt: có hai máy cắt hợp bộ là 443 và 444

+ Hệ thống dao cách ly: có 4 dao cách ly

1.4 Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị

1.4.1 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhất thứ

1.4.1.1 Máy biến áp

Máy biến áp chính T1

Máy biến áp 63000 kVA-115/38.5/23 kV

Trang 10

- Điện áp định mức:

+ Cao áp: 115 ± 9 x 1.78% kV (điều chỉnh dưới tải)

+ Trung áp: 38.5 ± 2 x 2.5% kV (điều chỉnh không điện)

+ Hạ áp: 23 kV

- Tổn hao không tải: Po = 40.2 kW

- Dòng điện không tải: Io = 0.206%

Máy biến áp T2 là loại MBA điện lực BQBT 40.000 kVA - 110 kV

Kiểu máy:40 MVA 115/38.5/6.6 kV

- Công suất định mức (MVA): Cuộn 115 kV: 30/40

Cuộn 38.5: 30/40Cuộn 6.6: 18/24

Trang 11

- Nấc điều chỉnh điện áp 115 kV: Máy biến áp T2 có 19 nấc điều chỉnh tăng giảm áp, mỗi nấc 2 kV.

Máy biến áp chính 3AT – 4AT

- Điện áp định mức:

ONAN: 225/115/23ONAS: 23/23/23

- Công suất định mức (MVA):

ONAN: 164000/54400ONAS: 205000/69700OSAS: 250000/85000

- Dòng ngắn mạch định mức:

ONAN: 6 kA thời gian duy trì 2sONAS: 1.9 kA thời gian duy trì 2sOSAS: 6.2 kA thời gian duy trì 2s

1.4.1.2 Các thiết bị phân phối ngoài trời.

Trang 12

2 Tần số định mức Hz 50/60

Máy cắt điện loại: S1-145-F1

Máy cắt loại SI - 145 F1 là MC SF6 chế tạo cho/ điện áp định mức 72.5 kV Máy cắt dùng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang Nguyên lý dập hồ quang theo kiểu thổi Máy cắt có 1 mạch đóng, 2 mạch cắt gồm 2 cuộn cắt làm việc song song

Máy cắt 35 kV kiểu OFVB-36

Máy loại OFVP-36 là máy cắt chân không chế tạo cho điện áp 38kV đặt ngoài trời Máy cắt được chế tạo dùng cho hệ thống có tiếp đất và không mở sộng phạm vi sử dụng

Tủ điều khiển máy cắt có thể đặt ngoài trời trên trụ sắt hoặc trong nhà Bên trong tủ có bố trí các rơ le, đồng hồ đo lường, khoá điều khiển, hàng kẹp Các ráp điÒu khiển luồn vào

tủ qua phía dưới

Số liệu kỹ thuật máy cắt:

Trang 13

4 Dòng điện định mức A 800

1.4.1.2.2 Máy biến dòng điện, máy biến điện áp

Máy biến dòng AT4, AT5-123, 245

Biến dòng điện cao áp AT4, AT5-245, 125 là loại biến dòng kiểu kín dùng trong lưới điện cao áp xoay chiều tần số 50 Hz với cấp điện áp định mức 225-115 kV

Số liệu kỹ thuật:

+ Biến dòng loại AT4, AT5-125:

+ Biến dòng loại AT4, AT5 - 245

Máy biến điện áp DDB-123, 245 kV

Máy biến điện áp kiểu loại DDB là biến điện áp cao áp kiểu tụ do hãng ARTECHE (Tây Ban Nha) sản xuất Việc biến đổi của máy biến điện áp cao áp ngăn chặn các thiết

bị đo lường, đo đếm và rơ le bảo vệ không phải nối trực tiếp vào mạng điện cao áp, gây nguy hiểm cho người, các thiết bị này không phải chế tạo với mức cách điện chịu được điện áp cao áp Chúng còn được sử dụng để truyền tín hiệu thông tin qua đường tải ba

Trang 14

Biến điện áp tụ có tần số cộng hưởng sắt từ rất nhỏ, mức phóng điện cục bộ thấp và độ tin cậy cao.

- Các thông số kỹ thuật máy biến điện áp DDB - 123 kV:

3 Điều kiện làm việc: Ngoài trời

Trang 17

- Điện áp lớn nhất vận hành liên tục (kV) : 6

- Điện áp hệ thống lớn nhất (kV) : 6.5

1.4.1.2.5 Rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp

* Rơ le PQ-721

Rơ le bảo vệ so lệch PQ721 đảm bảo tác động nhanh, chọn lọc khi ngắn mạch đối với các máy biến áp, động cơ, máy phát hai hay ba cuộn dây

Các chức năng của rơ le PQ721:

- Bảo vệ so lệch ba mức cho thiết bị bảo vệ có hai cuộn dây

- Ngăn cản sóng hài bậc hai, có lựa chọn không ảnh hưởng đến các hệ thống đo

- Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ

- ổn định chống bão hoà

* Rơ le 7SA51

Rơ le bảo vệ số 75A511 tác động nhanh, tin cậy và chọn lọc ở tất cả các loại sự cố ngắn mạch giữa các pha, các pha với đất của đường dây trên không, hoặc cáp ngầm trong lưới hình tia, hình vòng hay lưới bất kỳ Trung tính của lưới điện có thể nối đất qua điện trở thấp, nối đất qua cuộn dập hồ quang hay trung tính cách điện

Các chức năng của rơ le 7SA511:

- Bảo vệ khoảng cách

+ Phát hiện pha bị sự cố quá dòng điện hay phát hiện sự cố bằng trở kháng

+ Cắt riêng từng pha (dùng cho tự động đóng lại từng pha)

- Dao động điện

+ Phát hiện dao động bằng đo dR/dt

+ Khoá mạch khi dao động điện để tránh cắt nhầm khi có dao động trong hệ thống điện, cắt khi phi đồng bộ

- Bảo vệ kết hợp với đầu đối diện dùng kênh truyền qua cổng "INTERFACE" (tạm gọi là bảo vệ từ xa)

+ Có thể đặt chương trình cho các sơ đồ khác nhau

+ Cho phép truyền lệnh cắt quá vùng "Overreach" (POTT) theo kiểu cho phép hay khoá

Trang 18

- Bảo vệ khi sự cố vĩnh cửu: Cắt nhanh khi đóng máy cắt bằng tay vào điểm sự cố vĩnh cửu ở cuối đường dây.

- Bảo vệ quá dòng khẩn cấp

+ Thực hiện khi aptomat TU bị cắt hay khi đứt cầu chì mạch nhị thứ điện áp

+ Đặc tính quá dòng với 2 cấp thời gian và một cấp dòng điện thứ tự không

- Phát hiện chạm đất (tuỳ chọn)

Dùng cho lưới trung tích cách điện hay nối đất qua cuộn dập hồ

+ Phát hiện chạm đất theo pha

+ Xác định hướng

- Bảo vệ ngắn mạch với đất độ nhạy cao (tuỳ chọn)

+ Dùng trong lưới trung tính nối đất

+ Xác định hướng bằng dòng và áp thứ tự không

+ Chức năng dự phòng khi hỏng mạch điện áp TU với bảo vệ dòng ngắn mạch với đất

có thời gian xác định

- Chức năng tự động đóng lại (tuỳ chọn)

+ Có 3 loại: đóng lại một pha, 3 pha, đóng lại 1 pha và 3 pha

+ Đóng lại một lần hoặc nhiều lần (đóng lại 3 pha ở lần thứ hai)

+ Đặt thời gian riêng biệt cho từng lần, với thời gian trễ Đóng lại nhanh ở lần thứ nhất (RAR), các lần sau có thời gian trễ (DAR)

- Phát hiện điểm sự cố

+ Có thể khởi động khi có lệnh cắt hoặc lệnh cắt từ bên ngoài

+Tính khoảng cách đến điểm sự cố bằng , Km và % độ dài đường dây

+ Có tính tới sự tương hỗ với đường dây song song

- Các chức năng khác

+ Tự kiểm tra liên tục mạch một chiều, mạch đầu ra từ máy biến dòng điện TI, máy biến điện áp TU, các rơ le đầu ra, đảm bảo luôn sẵn sàng làm việc và có kế hoạch bảo dưỡng

+ Đo và định kỳ kiểm tra ở điều kiện tải bình thường, đo dòng tải, điện áp, công suất, tần số, kiểm tra thứ tự pha, hướng

Trang 19

+ Ghi lại 3 sự cố mới nhất với đầy đủ các dữ liệu và truyền đến máy ghi sự cố để phân tích sự cố.

- Tủ gồm 4 ngăn:

+ Ngăn máy cắt

+ Ngăn thanh cái

+ Ngăn cáp, dao tiếp đất và T1

+ Ngăn thiết bị điện áp thấp

- Máy cắt là loại máy cắt chân không loại VB6 - 25/20 có thể kéo ra vị trí cách ly trong tủ hoặc ra khỏi tủ trên xe ray

Tủ máy biến điện áp

Máy biến điện áp (TU) đặt trong tủ riêng có thể kéo ra ngoài để kiểm tra thí nghiệm

và thay cầu chì cho TU Hộp cầu chì cố định trên TU để ở ngoài

Số liệu kỹ thuật:

Trang 20

1 Điện áp định mức kV 24

Tủ cầu dao phụ tải

Cầu dao phụ tải loại ISARC là loại bán phân ngăn lắp trong nhà dùng để:

- Đóng cắt có tải và không tải máy biến thế

- Đóng cắt cáp và đường dây có tải và không tải

- Đóng cắt mạch vòng

1.4.2 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhị thứ

1.4.2.1 Thiết bị điều khiển

Việc điều khiển Trạm có thể thực hiện điều khiển từ 4 mức:

* Mức 1: Mức điều khiển giám sát tại Trung tâm điều độ Hệ thống điện quốc gia và Trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc thông qua hệ thống kết nối SCADA

* Mức 2: Mức toàn trạm được thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm của trạm với trang bị một máy tính chủ, trạm thao tác, mạng LAN Tại trạm thao tác có thể thực hiện các chức năng điều khiển và giám sát hoạt động các thiết bị lắp đặt trong trạm Mức điều khiển toàn trạm có giao tiếp với cấp điều khiển cao hơn (SCADA)

* Mức 3: Điều khiển tại mức ngăn Mức ngăn trang bị các bộ I/O thực hiện việc thu thập, xử lý các tín hiệu số, tín hiệu tương tự trong một ngăn Bộ I/O của ngăn được lắp trên các tủ điều khiển, bảo vệ và được đấu nối tới mạng LAN của trạm Bộ I/O của ngăn

có trang bị chức năng điều khiển đóng cắt các máy cắt, dao cách ly có động cơ và điều chỉnh tăng giảm điện áp máy biến áp (đối với ngăn MBA) Trên màn hình của bộ điều khiển ngăn có sơ đồ 1 sợi của ngăn thể hiện vị trí của các máy cắt, dao cách ly, dao nối đất và các thông số đo lường

Để dự phòng cho hệ thống máy tính, 1 bộ điều khiển cổ truyền sẽ được trang bị cho mỗi ngăn lắp tại tủ điều khiển-bảo vệ của các ngăn, bao gồm:

- Các khoá và nút bấm điều khiển bằng tay thực hiện đóng/cắt máy cắt, dao cách ly, các đèn chỉ thị vị trí thiết bị, sơ đồ mimic của ngăn

- Thiết bị chỉ thị số nhiều chức năng, có khả năng lập trình, đo lường các thông số chính: U, I, P, Q, Wh, Varh có cổng giao tiếp với hệ thống điều khiển máy tính

Trang 21

Ngoài ra, việc đo lường điện năng thương mại Wh, Varh cho mỗi ngăn sẽ được bố trí riêng trong các tủ đo lường Đồng hồ đo đếm điện năng này có khả năng lập trình với Ýt nhất 3 mức giá với cấp chính xác phù hợp : c.x 0,5 đối với Wh, c.x 2 đối với Varh.

* Mức 4: Mức điều khiển tại thiết bị thực hiện thông qua các khoá điều khiển, nút bấm, dụng cụ đo lắp tại thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly )

Để bảo đảm an toàn trong khi thực hiện các thao tác điều khiển sẽ trang bị mạch khoá thao tác máy cắt, dao cách ly và dao nối đất ở tất cả các mức điều khiển

Thiết bị bảo vệ cho các phần tử phía 220kV, 110kV được bố trí kết hợp trong các tủ điều khiển

- bảo vệ ngăn đặt trong nhà điều khiển trạm Các ngăn lộ, thanh cái và thiết bị chính được trang bị bảo vệ như sau:

- Đường dây 220kV: Trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm các bảo vệ sau: bảo vệ so lệch dòng điện cho đường dây, bảo vệ khoảng cách 4 cấp có hướng, bảo vệ quá dòng chạm đất

có hướng, bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao Ngoài 2 mạch bảo vệ, đường dây 220kV còn được trang bị các chức năng: bảo vệ chống hư hỏng máy cắt, tự động đóng lặp lại 1 pha và 3 pha có kiểm tra đồng bộ, mạch lựa chọn điện áp thanh cái

- Máy biến áp 220/110/22kV: trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm : bao gồm bảo vệ so lệch máy biến áp, bảo vệ chống chạm đÊt bên trong MBA cho phía 220kV và 110kV, bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng, bảo vệ chống quá tải

- Đường dây 110kV: Trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm các bảo vệ sau: bảo vệ khoảng cách 4 cấp có hướng, bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng, bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao Ngoài 2 mạch bảo vệ, đường dây 110kV còn được trang bị các chức năng: bảo

vệ chống hư hỏng máy cắt, tự động đóng lặp lại có kiểm tra đồng bộ, mạch lựa chọn điện

áp thanh cái

- Máy biến áp 110/22kV: trang bị 2 mạch bảo vệ bao gồm : bao gồm bảo vệ so lệch máy biến áp, bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA cho phía 110kV, bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất, bảo vệ chống quá tải

Trang 22

- Bảo vệ thanh cái: Bảo vệ thanh cái bằng Role bảo vệ so lệch.

233, 234 dùng cho các máy biến áp

- Dao cách ly (DCL): mỗi MC lộ đường dây có 4 DCL -1, -2, -7, -9 MC dùng cho biến áp có 4 DCL -1, -2, -3, -9 MC dùng cho MC vòng có 3 DCL -1, -2 , -9 MC liên lạc

có 2 DCL -1 và -2

- Máy biến áp: MBA 1T, 2T, 3T, 4T

- Thanh cái: phía 110 kV có thanh cái C11, C12 và thanh cái vòng C19, phía 220 kV

có thanh cái C21, C22 và thanh cái vòng C29, ngoài ra còn có các thanh cái 35 kV, 22

kV, 6 kV

- Các thiết bị khác: rơ le, cầu dao, cột chống sét, tô điện…

1.5.2 Vận hành

- Các thanh cái C21, C22 của 220 kV và C11, C12 của 110 kV vận hành song song

- Các cầu dao 112-1, 112-2, 212-1, 212-2 và các máy cắt MC112, 212 ở vị trí đóng

- Các thanh cái ở cấp 35 kV, 22 kV, 6 kV vận hành độc lập

- Các dao cách ly chỉ được phép thao tác khi hai đầu dao cách ly không có điện do dao cách ly không có khả năng dập hồ quang sinh ra trong quá trình đóng cắt Dao cách ly có thể đóng cắt không tải

- Khi vận hành theo phương thức cơ bản các máy cắt và dao cách ly ở vị trí như sau: + Máy cắt 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277,

Trang 23

- MBA 3T, 4T lấy điện áp 220 kV từ thanh cái C21, C22 cấp điện áp 110 kV cho 2 thanh cái C11, C12 và cấp điện cho cấp tự dùng 22 kV của nhà máy.

- MBA 1T, 2T lấy điện áp 110 kV từ 2 thanh cái C11 và C12 chuyển xuống cấp 35 kV,

- Đưa MC 271 ra sửa chữa

Trường hợp thanh cái C22 bị hỏng

Khi háng thanh cái C22 thì các lộ đường dây 272, 274, 276 mất điện Ta tiến hành cấp điện lại cho các đường dây này và tiến hành sửa chửa thanh cái C22 qua những bước sau:

- Ngắt thiết bị bảo vệ của máy cắt liên lạc 212

- Ngắt các MC 272, 274, 276

- Ngắt các dao cách ly 272-2, 274-2, 276-2

- Đóng dao cách ly 272-1, 274-1, 276-1

- Ngắt các dao cách ly 212-1, 212-2

- Đóng các MC 272, 274, 276 để cấp điện lại bình thường

Trang 24

Trang 25

Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện

1.6 Khái niệm chung về SCADA/EMS/DM

1.6.1 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập quản lý dữ liệu

Khả năng thực hiện các hoạt động tại một địa bàn không có nhân viên kỹ thuật từ trạm hoặc một trung tâm điều hành ở xa, cũng như việc đảm bảo cho các hoạt động đó được thực hiện đúng yêu cầu có thể tiết kiệm được nhiều chi phí trong vận hành hệ thống điện Trong nhiều hệ thống có những khu vực thỉnh thoảng cần phải thực hiện các thao tác như

mở và đóng máy cắt, nhưng chi phí để duy trì nhân viên vận hành tại chỗ lại tỏ ra không hợp lý Ngoài ra việc chậm trễ khi gửi nhân viên kỹ thuật đến địa bàn đó có thể làm kéo dài thời gian khắc phục sự cố và làm giảm chất lượng phục vụ khách hàng Hơn nữa, chi phí duy trì nhân viên vận hành tại chỗ sẽ càng làm tăng cao khi thực hiện các đóng cắt liên tục, điều này làm cho chi phí đó trở nên không kinh tế

Đây là những lý do chính làm cho các hệ thống SCADA có điều kiện phát triển Thiết

bị điều khiển từ xa các trang bị điện đã được dùng trong nhiều năm nay, và nhu cầu về thông tin cũng như điều khiển từ xa đã dẫn đến sự phát triển các hệ thống thiết bị có khả năng thực hiện các thao tác, kiểm soát chúng và báo cáo lại với trung tâm điều hành rằng thao tác điều khiển được yêu cầu đã thực hiện có kết quả Đồng thời nhiều khi cũng cần thông báo các thông tin quan trọng khác như tải và điện áp thanh cái tới trung tâm điều hành Ban đầu một hệ thống như vậy phụ thuộc nhiều vào đường dây thông tin liên lạc truyền tín hiệu điều khiển và giám sát Thực hiện nhiều hơn một hai thao tác là quá khả năng đối với một hệ thống như vậy của thế hệ đầu Sự phát triển của kỹ thuật gọi số có chọn lọc trong công nghiệp điện thoại chẳng bao lâu được áp dụng trong thiết bị điều khiển giám sát hệ thống điện, nhờ vậy một hệ thống thông tin cũng như đo lường từ xa các thông tin hoạt động gửi về trung tâm điều hành

Hầu hết các trung tâm điều hành và phân phối ngành điện lực hiện nay được trang bị

Ýt nhất một vài thiết bị của hệ thống SCADA Các thiết bị loại này đã tỏ ra có hiệu quả

và có tính kinh tế trong các thao tác vận hành Chúng tỏ ra là trợ thủ đắc lực cho các nhân viên vận hành trạm, giúp họ duy trì tương đối tốt sự hiểu biết về tình trạng làm việc của các bộ phận hệ thống điện mà họ có trách nhiệm vận hành

1.6.2 Hệ thống quản lý năng lượng EMS (Energy Managment System)

Điều khiển phát điện

- Điều khiển phát điện tự động (Automatic Generation Control - AGC)

Trang 26

Tr¹m ®iÖn Cuén chÆn

- Phối hợp thủy điện (Hydro Coordination)

- Vận hành kinh tế (Economic Dispatch)

- Kế hoạch mua/bán điện

Phân tích lưới điện

- Đánh giá trạng thái (State Estimation)

- Phân tích chế độ đột biến ( Contiguency Analysys)

- Kế hoạch sửa chữa

- Tính toán ngắn mạch

- Tính toán trào lưu công suất (DLF)

Tối ưu và điều khiển lưới điện

Các chức năng đào tạo:

- Mô phỏng đào tạo điều độ viên

- Huấn luyện theo các kịch bản sự kiện v.v

1.6.3 Hệ thống DMS (Distribution Management System)

- Các phương thức đóng cắt, tách lưới khi có sự cố và phục hồi cấp điện cho khách hàng sau sự cố được lên kế hoạch trước

- Hỗ trợ sự ổn định lưới điện: thu thập các giá trị đo của rơle bảo vệ quá dòng Tự động

- Yêu cầu cấp nguồn điện trước 30 phút, tính toán giá điện tối ưu theo từng thời điểm

- Các hệ chuyên gia cho lưới trung áp: Phân tích sự cố, hướng dẫn về đóng cắt tối ưu, về phân chia tải

1.7 Điều khiển và giám sát

Trang 27

Tr¹m ®iÖn Cuén chÆn

Bé läc cao tÇn

Thuật ngữ điều khiển và giám sát thường được dùng để chỉ vận hành từ xa (Điều khiển) các trang bị điện như động cơ, máy cắt và việc thông tin trở lại (giám sát) để chứng tá rằng các yêu cầu đúng đã được thực hiện Như đã nhận xét ở trên, các hệ thống điều khiển giám sát đơn giản được sử dụng thời kỳ đầu của vận hành hệ thống điện Trong các hệ thống như vậy, việc giám sát thực hiện bằng đèn báo, thí dụ đèn xanh để chỉ thị thiết bị được cắt nguồn, đèn đỏ để chỉ thiết bị được đóng nguồn Khi mét thao tác như

mở một máy cắt được thực hiện điều khiển ở xa, sù thay đổi đèn đỏ sang đèn xanh tại trung tâm vận hành sẽ xác định rằng thao tác đó được thực hiện thành công

Trong các hệ thống ban đầu, đường dây thông tin giữa nơi vận hành và thiết bị điện được điều khiển cần phải có với mỗi đơn vị điều khiển và giám sát từ xa Khi số lượng thiết bị điện tăng lên, giá thành và sự phức tạp hệ thống cũng tăng lên tương ứng Nếu khoảng cách điều khiển khá lớn, giá thành hệ thống sẽ tăng rất cao trong khi độ tin cậy lại giảm sút do các nhiễu loạn trong mạch điều khiển và khả năng hư hỏng vật lý của mạch điều khiển quá dài

Một vài hạn chế của mạch dẫn thẳng kiểu một đối một giữa thiết bị điều khiển và được điều khiển có thể được khắc phục bằng các role lựa chọn tương tự như loại được dùng trong các hệ thống quay số điện thoại Bằng cách đó có thể chọn được thiết bị cần điều khiển, điểu khiển nó và gửi tín hiệu giám sát về vị trí vận hành mà chỉ cần dùng một dây thông tin Tuy nhiên hệ thống đó rất phức tạp và rất khó thực hiện về mặt kỹ thuật Chúng bị hạn chế về tốc độ thao tác cũng như khối lượng dữ liệu tối đa có thể chuyển được khi số các thiết bị được điều khiển và giám sát tăng lên

Sù ra đời của các phương pháp thông tin điện tử và truyền dẫn dữ liệu số đã làm tăng thêm khả năng của hệ thống điều khiển và giám sát Các hệ thống như vậy trở nên có độ tin cậy cao hơn và giá thành thấp hơn so với các hệ thống cũ Việc quét tuần tự các trạm

ở xa và các thiết bị trong trạm được trang bị thiết bị đầu cuối giám sát từ xa cho phép một trạm chính có thể điều khiển một vài trạm ở xa và nhiều thiết bị trong mỗi trạm Hơn nữa

nó cũng có thể thông báo lại cho trạm chính các thao tác điều khiển đã được thực hiện cũng như các thông số nóng của đối tượng như dòng điện, điện áp, công suất và nhiều đại lượng khác cần giám sát

Mét trong những tiến bộ nữa là việc giảm bớt số lượng dữ liệu truyền giữa các thiết

bị ở xa và trạm chính Điều này được thực hiện nhờ một thủ tục gọi là "báo cáo khi có trường hợp bất thường", theo đó các dữ liệu chỉ được truyền khi chóng thay đổi hoặc rơi

ra ngoài vùng giới hạn cho trước

Trong các hệ thống như vậy, thiết bị chủ yếu của trạm chính sẽ lần lượt quét các thiết

bị đầu cuối từ xa (RTU) bằng cách gửi một thông báo ngắn tới từng RTU để xem mỗi Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 27

Trang 28

Có thể truyền thoại, Fax, dữ liệu và tín hiệu cho role bảo vệ.

Trạm điện Cuộn chặn

Thiết bị PLC

Đường dây cao áp

Đường dây cao áp từ 110KV đến 500Kv

RTU cú vấn đề gỡ phải bỏo cỏo Nếu cú, thiết bị này sẽ gửi thụng bỏo ngược lại cho thiết

bị chủ và dữ liệu nhận được sẽ được lưu trữ trong mỏy tớnh Nếu cần, một tớn hiệu điều khiển sẽ được gửi tới RTU đang xột và cỏc thụng bỏo hoặc một tớn hiệu cảnh bỏo sẽ được mỏy in của thiết bị chủ in ra hoặc được hiển thị trờn màn hỡnh kiểu tivi (CRT) hay màn hỡnh tinh thể lỏng Trong phần lớn cỏc hệ thống chu trỡnh quột tất cả cỏc RTU được thực hiện trong khoảng vài giõy Tuy nhiờn, trong trường hợp cú sự cố tại một trạm nào đú, thụng bỏo sẽ được gửi từ thiết bị đầu cuối ở đõy về thiết bị chủ quỏ trỡnh quột bỡnh thường sẽ bị dừng lại đủ để thiết bị chủ nhận được thụng bỏo và phỏt tớn hiệu cảnh bỏo sao cho người điều hành cú thể phản ỏnh tức thỡ, hoặc là trong một vài trường hợp, sao cho thiết bị chủ cú thể tự động thực hiện cỏc thao tỏc điều khiển xỏc định trước Trong đa

số trường hợp, khi cú bất kỳ sự kiện nào trạng thỏi của tất cả cỏc trạm được trang bị RTU

cú thể giỏm sỏt được trong mỗi khoảng thời gian ngắn, bằng cỏch được cung cấp thụng tin tổng quan mới nhất về tỡnh trạng hệ thống điện

Hầu hết cỏc hệ thống điều khiển giỏm sỏt đều được trang bị mỏy tớnh: thiết bị chủ thực chất là một mỏy tớnh số với mạch đầu vào/đầu ra để chuyển tớn hiệu điều khiển tới RTU và nhận thụng bỏo từ chỳng Thụng tin nhận được hiển thị trờn màn hỡnh hoặc mỏy

in để in ra cỏc bản bỏo cỏo cần được lưu trữ lõu Màn hỡnh cũng cú thể hiển thị cỏc thụng tin đồ hoạ

1.8 Thụng tin liờn lạc cho cỏc hệ thống SCADA

Như đó nhận xột hệ thống SCADA bao gồm một trạm chớnh, cỏc RTU và một vài tuyến dõy thụng tin liờn lạc giữa thiết bị chủ với cỏc thiết bị đầu cuối Đường dõy thụng tin cú thể là mạch hữu tuyến, kờnh viba hoặc kờnh tải ba Bất kỳ một đường dõy thụng tin nào cú hệ số tớn hiệu trờn nhiễu đủ lớn và cú dải tần vừa cho tốc độ truyền của tớn hiệu số đều cú thể sử dụng đựơc

Truyền bằng tải ba

Sinh viờn: Trương Xuõn Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 28

Trang 29

Khi muốn truyền tin đi xa hoặc khác lộ đường dây:

+ Chuyển tiếp âm tần

+ Chuyển tiếp cao tần

Truyền tin bằng viba

Hình 2.2: Truyền tin bằng viba

Một số đặc điểm khi truyền tin bằng vi ba:

+ Giới hạn về giải thông

+ Sự phát xa tín

+ Phối hợp trở kháng

+ Tỷ lệ tín/tạp

Các dịch vô vi ba đem lại:

Trang 30

sử dụng dải tần hẹp ở tần số âm thanh cao nhất, tức là tần số truyền dữ liệu từ 2200 -

3400 Hz, còn truyền âm thanh từ 400 - 2200 Hz

Đối với truyền dữ liệu số, hiện nay người ta sử dụng rộng rãi cáp quang Tốc độ truyền tín hiệu số đo bằng bit/sec (hay là baud) Vận tốc truyền có thể đạt tới 19200 baud, còn bình thường người ta hay sử dụng vận tốc truyền 600 đến 9600 baud

Cần phải nhấn mạnh rằng, thông tin có tầm quan trọng đặc biệt đối với các hệ thống SCADA Hệ thống thông tin liên lạc kém có thể gây lỗi hoặc mất tín hiệu điều khiển Hệ thống SCADA không thể làm việc bình thường nếu thiếu kênh thông tin tin cậy và đủ mạnh

1.9 Một số khái niệm về truyền số liệu

Nhu cầu về truyền số liệu:

- Có thông tin là có nhu cầu về truyền dẫn thông tin

- Máy tính điện tử (MTĐT, ví dụ như PC) là thiết bị xử lý thông tin theo phương pháp số

- Truyền số liệu giữa các máy tính điện tử là nhu cầu tất yếu, nhất là khi chúng được nối thành mạng (LAN - mạng cục bộ hoặc WAN - mạng diện rộng)

Trang 31

- Truyền tin ở khoảng cách gần (15 m đến vài chục mét)

Tín hiệu số nối tiếpData Terminal Equipment Data Terminal Equipment

* Truyền tín hiệu song song và nối tiếp:

- MTĐT tổ chức và xử lý sè liệu dưới dạng song song qua BUS : byte - 8bít, word - 2 bytes

- Các tín hiệu bên trong MTĐT chủ yếu tồn tại dưới dạng TTL ("0" logic -> 0V, "1" logic -> 5V)

- Truyền dữ liệu bên trong MTĐT dưới dạng song song (thanh ghi, ô nhớ)

- TruyÒn dữ liệu giữa MTĐT và một số ngoại vi dưới dạng song song (ví dụ với máy

Trang 32

- Truyền dẫn song song có ưu điểm là tốc độ nhanh nhưng nhược điểm là khoảng cách gần, cần nhiều dây dẫn, tốn kém.

- Truyền dẫn nối tiếp có ưu điểm là chỉ cần 1 dây dẫn, tốc độ tương đối (đến 19.200 bps hoặc hơn) Lưu ý: Để truyền được xa cần có MODEM

* Mét số chuẩn truyền dị bộ nối tiếp

- Các tốc độ chuẩn:

+ 50, 60, 110 (100) bps: thường dùng cho các máy Teletype

+ 300, 600, 1200 bps: thường dùng cho các Modem FSK

+ 2400, 4800, 9600 bps: thường dùng cho các MODEM nhiều mức

+ 19.200 bps hoặc lớn hơn: thường dùng trong các kênh Analog chất lượng cao hoặc kênh Digital

- Chuẩn RS232: Điện áp dao động trong khoảng -25V đến +25V Mức logic "1" ứng với khoảng điện áp -25V đến -3V và mức logic "0" ứng khoảng điện áp từ 3V đến 25V Khoảng điện áp từ -3V đến +3V không được định nghĩa, đây là khoảng để chuyển tiếp giữa các mức logic

Khoảng cách truyền cho phép 15m

RS232 làm việc ở chế độ truyền song công (full-duplex), với phương thức truyền này

số liệu cã thể được truyền theo hai hướng một cách đồng thời, tức ở một thời điểm cả hai thiết bị đều cã thể nhận hoặc truyền số liệu

Các yêu cầu chuẩn của RS232 đối với phần tạo dạng phát:

+ Đầu ra phải chịu được trạng th#i ngắn mạch hoặc không tải

+ Điện trở khi ngắn mạch nguồn lớn hơn 300 Ω

+ Điện áp ra cực đại khi không tải là ± 25V

+ Dạng ra cực đại khi ngắn mạch là 500mA

+ Thời gian chuyển tÝn hiệu giữa hai mức tÝn hiệu phải nhỏ hơn 1ms

+ Tốc độ tăng hay giảm týn hiệu không nhỏ hơn 30V/ms

Các yêu cầu đối với phần thu:

+ Điện trở vào từ 3000Ω đến 7000Ω

+ Tô ký sinh nhỏ hơn 2500µF.

Trang 33

- Chuẩn RS422/RS485: Về cơ bản RS422 và RS485 không khác nhau nhiều Cụ thể RS232 chỉ có thể ghép nối điểm-điểm, hoặc điểm-nhiều điểm Nói chung chỉ được sử dụng trong mạng đơn giản thông thường RS485 lại có thể tham gia ghép nối nhiều điểm chính vì vậy mà nó được sử dụng nhiều trong các mạng công nghiệp.

+ Tốc độ truyền rất cao: Hàng chục Mb/s hoặc cao hơn

+ Truyền xa tới 1700m

+ Khoảng điện áp cho phép từ -6V đến +6V

+ Thường dùng làm chuẩn truyền dữ liệu cho đôi dây xoắn, cáp đồng trục cho mạng LAN

+ Ưu điểm: Tốc độ cao, khả năng chống nhiễu cao

+ Nhược điểm: không nối đất chung cho các tín hiệu nên cần 2 sợi dây cho một tín hiệu

1.10 Các thành phần chức năng cơ bản

Xét một cách tổng quát, một hệ SCADA bao gồm các chức năng liệt kê dưới đây:

Phần cứng

- Thiết bị thu thập dữ liệu: PLC, RTU, PC, I/O, các đầu đo thông minh

- Hệ thống truyền thông: Mạng truyền thông, các bộ dồn kênh/phân kênh, Modem, các bộ thu phát

- Trạm quản lý dữ liệu: Máy chủ (PC, Workstation), các bộ tập trung dữ liệu (Data concentrator, PLC, PC)

- Trạm vận hành (Operator Station)

Phần mềm

- Phần mềm chuyên dụng (ví dô FIX, InTouch, WinCC, Lookout, )

- Phần mềm phổ thông (Access, Exel, Visual Basic, Delphi, JBuilder, )

- Cơ sở dữ liệu quá trình

- Hệ thống cảnh báo, báo động

- Lập báo cáo tự động

1.11 Các thiết bị chủ có chức năng giám sát

Thiết bị chủ của hệ thống giám sát là hạt nhân của hệ thống này Tất cả các thao tác đối với RTU do người điều hành thực hiện đều thông qua thiết bị này và được các RTU Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 33

Trang 34

báo cáo lại cho nã Như đã biết, một thiết bị chủ hiện đại làm nhiệm vụ giám sát bao gồm: một máy tính số và bộ phận liên lạc thông tin giữa thiết bị chủ và các RTU Bộ phận này thường bao gồm modul dùng để chuyển đổi các xung số của các máy tính thành dạng có thể phát và thu qua đường thông tin liên lạc.

Tín hiệu giữa thiết bị chủ và RTU thường có dạng tần số âm thanh, sử dụng kỹ thuật biến đổi điện - quang dạng diot phát quang (Led) hoặc đầu laze, còn ở đầu thu - bộ phận chuyển đổi quang điện dạng tranzito quang điện

Các thiết bị phục vụ nhân viên điều hành bao gồm:

- Bàn điều khiển với các máy vi tính có trang bị phần mềm quản lý việc trao đổi thông tin, cơ sở dữ liệu và các dạng thông tin sơ đồ

- Các cửa sổ thông tin cảnh báo và điều khiển trên màn hình

Khi thiết bị chủ thực hiện thao tác nào đó đối với một phần tử nào đó của trạm ở xa, người ta thường sử dụng phương thức gọi là "chọn trước khi thao tác như sau":

- Người điều hành chọn trạm ở xa nào đó

- Trạm này trả lời thừa nhận trạm đã được chọn

- Người điều hành chọn phần tử cần thao tác

- RTU trả lời thừa nhận phần tử đã được chọn

- Người điều hành thao tác

- RTU thực hiện thao tác và thông báo lại cho thiết bị chủ rằng nó đã được thực hiệnTiến hành thao tác như vậy sẽ giảm thiểu được sai sót

1.12 Các thiết bị ở xa có chức năng giám sát (RTU)

Các thiết bị xa của hệ thống giám sát được đặt tại các trạm xác định, được nối dây để thực hiện thao tác chức năng nào đó Trong các RTU hiện đại có trang bị máy vi tính với

bộ nhớ và khả năng suy luận logic, một vài thao tác có thể được thực hiện mà không cần Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 34

TÝn hiÖu sè digital

(nhÞ ph©n)

15 + 1 bit dÊu

Trang 35

chỉ thị của thiết bị chủ Tuy nhiên, các thao tác này cần phải báo cho thiết bị chủ khi nó quét tới RTU này Ngoài ra RTU có thể điều khiển được một số thiết bị tại chỗ khác như

bộ điều khiển logic có khả năng lập trình (PLC) Như vậy RTU có trang bị máy tính có thể đảm đương một số chức năng của thiết bị chủ, do đó số lượng đường dây thông tin cũng như công suất truyền tải có khả năng được giảm thiểu

Các sơ đồ đo lường trong RTU được dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự như dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất vô công thành dòng điện hay điện áp một chiều tỉ lệ với đại lượng cần đo và nhờ các bộ chuyển đổi tương tự số (ADC) thành dạng

số để chuyển về thiết bị chủ - thông qua các modul

Các thông tin trạng thái của các thiết bị: máy cắt đóng hay mở, động cơ làm việc hay không làm việc được lưu trữ trong các thanh ghi trạng thái của bộ nhớ động trong mỗi thiết bị đầu cuối Bằng cách đó thiết bị chủ có thể được cung cấp thông tin về tình trạng làm việc của trạm sau mỗi lần quét tới các RTU của trạm

Một số thiết bị đầu cuối được trang bị chức năng ghi nhận sự kiện Sự kiện ở đây có thể là một sự cố, một thao tác vận hành hay một trạng thái làm việc nhiễu loạn của trang thiết bị Trong phần lớn trường hợp, chức năng ghi nhận sự kiện để ghi nhận các sự kiện khác Văn bản sự kiện được dùng để phân tích nguyên nhân các hiện tượng bất thường trong lưới điện Hiện nay, để nâng cao khả năng phân tích này, người ta tăng mật độ lấy mẫu tham số (điện áp, dòng điện) có khi lên tới 128 mẫu trong mét chu kỳ công nghiệp (tức 20 s) nên có thể tách được sóng hài với độ chính xác cao

Các thông tin chủ yếu mà các RTU liên tục truyền về Trung tâm điều khiển là:

- Các tín hiệu rời rạc từ xa RS (Remote Signalling)

- Các giá trị đo lường từ xa RM (Remote Measuring)

- Các cảnh báo (Alams)

Các lệnh điều khiển từ xa mà RTU có thể thực hiện là:

- Các lệnh điều khiển đóng/mở máy cắt, dao cách ly, lệnh chuyển nấc của máy biến áp

từ xa (Digital Remote Control)

- Các lệnh điều khiển liên tục từ xa (Analog Remote Control)

- Các lệnh đặt chế độ từ xa (Remote Setting)

1.13 Nhật ký vận hành với hệ thống SCADA

Ngoài chức năng điều khiển và giám sát, hệ thống SCADA có khả năng ghi lại nhật

ký vận hành và trạng thái của lưới mà nó có nhiệm vụ theo dõi

Các thiết bị chủ thường được trang bị máy tính có bộ nhớ đủ lớn để lưu trữ số lượng lớn thông tin về lưới Ngoài ra máy tính còn có đồng hồ thời gian bên trong, để nó có thể phân loại thông tin theo trình tự thời gian Nhật ký vận hành có thể bao gồm thời gian xảy Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 35

TÝn hiÖu sè digital

(nhÞ ph©n)

15 + 1 bit dÊu

Trang 36

ra sự kiện, trạng thái của các máy cắt, tổng điện năng tiêu thụ hoặc phát ra trong khoảng thời gian đó, tải của trang thiết bị điện và đường dây Đây là nhật ký vận hành hàng ngày Nó được bổ xung bởi văn bản sự kiện khi có chế độ bất thường như đã trình bày ở trên.

1.14 Cơ chế thu thập tín hiệu đo lường của SCADA

Theo thiết kế, với việc sử dụng các RTU và transducer, hệ thống SCADA thu thập các loại tín hiệu đo lường như sau: Tần số (F), điện áp (U), công suất hữu công (P), công suất

vô công (Q), chỉ thị bộ đổi nấc máy biến áp Giá trị dòng điện (I) được tính toán dựa trên các số liệu P, Q, U thu thập

Nguyên tắc chung của cơ chế thu thập tín hiệu đo lường của hệ thống SCADA được khái quát theo giản đồ sau:

Đầu ra của các biến áp đo lường cung cấp các giá trị dòng/áp thứ cấp theo từng pha của thiết bị điện Tầm vực của các giá trị này tuỳ thuộc vào phần thứ cấp của tỉ số biến dòng/áp nhưng thông thường là đến 1A hoặc 5A (đối với TI) và đến 100V, 110V hoặc 120V (đối với TU)

Transducer có nhiệm vụ chuyển đổi các giá trị dòng/áp trên thành giá trị dòng phù hợp với ngưỡng vào của card analog trên RTU Tầm vực của giá trị dòng chuyển đổi này

là đến +10 mA hoặc +12mA

Nhờ vào sự trợ giúp của bộ chuyển đổi tương tự/sè (A/D coverter) RTU sẽ chuyển các giá trị dòng từ dạng tương tù (analog) thành dạng số (digital) với tầm vực xác định bằng 15 + 1(bit dấu), tương ứng là -32767 đến 32767 (tính theo giá trị thập phân) Giá trị này sẽ được chuyển về hệ thống SCADA qua khung truyền của giao thức truyền thông IEC 875-5-101

Trang 37

Đến lượt mình, SCADA thực hiện việc chuyển đổi giá trị trên thành giá trị kỹ thuật tương ứng thực tế vận hành của thiết bị để hiển thị và lưu trữ Tầm vực của giá trị chuyển đổi được xác định vào phần sơ cấp của tỉ số biến dòng/áp.

Cơ chế thu thập dữ liệu từng loại tín hiệu cụ thể được thực hiện như sau:

* Đối với tín hiệu đo lường P,Q

Sử dụng loại transducer Triad T22 là loại transducer có khả năng lập trình để tính toán

và xuất ra 2 tín hiệu P và Q tổng dựa trên đầu vào là 3 pha áp (A, B, C) và 2 pha dòng (A,C) lấy từ TU và TI

* Đối với tín hiệu đo lường U

Sử dụng loại transducer Triad T11 là loại transducer không lập trình phù hợp với điện

áp thứ cấp của TU (100V, 110V, 120V) với đầu là 2 pha áp (A, B)

* Đối với tín hiệu đo lường F

Sử dụng loại transducer Triad T11 là loại transducer không lập trình phù hợp với điện

áp thứ cấp của TU (100V, 110V, 120V) với đầu vào là 2 pha áp (A, B)

Tìm hiểu về thiết bị điều khiển logic khả trình

1.15 Khái niệm về thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC)

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC,

là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh( với các PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu vào bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC, hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét (scan)

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào/ra để giao tiếp với các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như các bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và những khối hàm chuyên dụng

1.16 Các module của PLC S7-300

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác Sinh viên: Trương Xuân Hiếu - Đỗ Thị Lệ - Chu Hải Yến Lớp: ĐKTĐ2-47 37

Trang 38

nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụng nhiểu hay Ýt tùy theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có

mét module chính là module CPU

Các module còn lại là những module

nhận/truyền tín hiệu với đối tượng

điều khiển, các module chức năng

chuyên dụng như PID, điều khiển

động cơ Chúng được gọi chung là

các module mở rộng Tất cả các module

được gá trên những thay ray(Rack)

Hình 3.1: Thiết bị PLC với nhiều module

Module CPU

Module CPU là loại module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian,

bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số Các cổng vào

ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau Nói chung chúng được đặt tên theo bé vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315

Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM ( viết tắt của Intergrated Function Module) Ví dụ module CPU312IFM, module CPU314IFM

Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành Các loại module CPU được phân biệt với các loại CPU khác bằng thêm cụm từ DP(Ditributed Port) trong tên gọi Ví dụ module CPU315-DP

Trang 39

Module mở rộng

Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:

1) PS (Power supply):Module nguồn nuôi Có 3 loại 2A, 5A, và 10A

2) SM( Singnal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

a) DI(Digital input): Module mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số mở rộng

có thể là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

b) DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

c) DI/DO (Digital input /Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/ ra số mở rộng có thể là 8vào/8 ra,hoặc 16 vào/16 ra tùy thuộc vào từng loại module

d) AI (Analog input): Module mở rộng cổng vào tương tự Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits(AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển thành tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, hoặc

8 tùy từng loại module

e) AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng chính là những

bộ chuyển đổi số tương tự (DA) Số các cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy từng loại module

f) AI/AO(Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự

Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra, hoặc 4 vào/4 ra, tùy từng loại module.3) IM (Interface module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm

vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng(không kể module CPU, module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM

4) FM( Function module) : Module có chức năng điều khiển riêng Ví dụ như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín,

5) CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Trang 40

Hình 3.2: Cấu hình mét thanh rack của trạm PLC S7-300

1.17 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

Kiểu dữ liệu

Một chương trình ứng dụng trong PLC S7-300 có sử dụng các kiểu dữ liệu sau:

1) BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai) Đây là kiểu dữ liệu cho biến 2 giá trị

2) BYTE: gồm 8 bits thường để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến

255 hoặc mã ASCII của một ký tù

3) WORD: gồm 2 bytes, để biểu diễn một số nguyên dương từ 0 đến 655535

4) INT: cũng có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn một số nguyên trong khoảng -32768 đến 32767

5) DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ -2147483648 đến 2147483647

6) REAL : gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số thực dấu phảy động

7) S5T (hay S5TIME) :khoảng thời gian được tính theo giờ/phút/giây

8) TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

9) DATE: biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

10) CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự ( nhiều nhất là 4 ký tù)

Cấu tróc bộ nhớ của CPU

Bộ nhớ của S7-300 được chia làm ba vùng chính

1) Vùng chứa chương trình ứng dụng Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền: a) OB (Organisation block) : Miền chứa chương trình tổ chức

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	1,07 MB