Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm 110Kv

Cho nên trong quá trình thực tập tại Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung em tập trung nghiên cứu, thiết kế đề tài: Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm 110kV Liên Trì phục vụ việc quản lý điện năng ”. Đề tài gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 110kV Liên Trì Chương 2: Giới thiệu thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì Chương 3: Hệ thống EMP Chương 4: Cấu hình thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì Chương 5: Vận hành hệ SCADA trạm Liên Trì Chương 6: Kết luận

Đồ án tốt nghiệp   Lời nói đầu Lời mở đầu Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung. Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa. Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng, EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Do vậy việc thiết kế, vận hành hệ thống SCADA cho trạm điện từ các yêu cầu thực tế về dữ liệu tại trạm cung cấp cho các Trung tâm điều độ là không thể thiếu trong quá trình Quản lý vận hành hệ thống SCADA/EMS phục vụ sản xuất. Cho nên trong quá trình thực tập tại Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung em tập trung nghiên cứu, thiết kế đề tài: " Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm 110kV Liên Trì phục vụ việc quản lý điện năng ”. Đề tài gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 110kV Liên Trì Chương 2: Giới thiệu thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 1 Đồ án tốt nghiệp   Lời nói đầu Chương 3: Hệ thống EMP Chương 4: Cấu hình thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì Chương 5: Vận hành hệ SCADA trạm Liên Trì Chương 6: Kết luận Do kiến thức bản thân còn hạn chế cộng với thời gian có hạn và việc tìm tài liệu khó khăn nên không thể tránh khỏi những thiết sót. Mong các thầy và các bạn sinh viên đóng góp thêm để đề tài được phát triển sau này. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2005 Sinh viên thực hiện Lê Thanh Thế SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 2 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục Mục lục Lời mở đầu 1 Mục lục 3 Mục lục hình 8 Các kí hiệu và từ viết tắt 10 Chương 1 11 Giới thiệu trạm biến áp 110kV LIÊN TRÌ 11 1.Kết nối trạm biến áp 110kV Liên Trì với lưới điện khu vực: 11 1.1Mô tả khái quát thiết bị của trạm 110kV Liên Trì: 11 2.Danh sách tín hiệu SCADA: 14 Chương 2 21 Giới thiệu thiết bị SCADA tại trạm LIÊN TRÌ 21 1.Tổng quan về RTU: 21 2.Cấu trúc XCELL RTU: 21 2.1Giới thiệu tổng quan: 21 2.2Đơn vị CELL căn bản: 22 2.3RTU nhiều CELL: 22 2.4Chức năng của RTU: 24 2.5Tính toàn vẹn hệ thống : 24 2.6Khả năng xử lí : 24 2.7Khả năng mở rộng của RTU 25 2.8Giải pháp RTU hoàn chỉnh 25 2.9Kích thước RTU : 25 3.Các cấu hình truyền thông RTU : 25 3.1Giới thiệu 25 3.2Các công cụ: 27 4.Nguồn cung cấp DC cho RTU : 27 5.Các module giao tiếp thiết bị : 27 5.1Module xử lí CPR-02x / CPR-03x : 27 5.2Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040: 29 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 3 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục 5.3Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040: 30 5.4Module đầu vào tương tự HAI-030: 31 6.Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị : 32 6.1Các đầu vào số : 32 6.2Quá trình điều khiển : 37 6.3Các đo lường tương tự : 41 6.4Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints) : 43 6.5Các đầu vào đếm (counter input): 44 6.6Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation) : 45 7.Truyền thông : 45 7.1IEC 870 – 5 – 101 : 45 7.2FieldNet : 53 8.Cấu hình Transducer: 53 8.1Transducer điện áp: 53 8.2Transducer vị trí nấc phân áp: 54 8.3Transducer công suất tác dụng và công suất phản kháng: 55 Chương 3 57 Cấu hình thiết bị SCADA tại trạm LIÊN TRÌ 57 1.Cấu hình truyền thông cho RTU: 57 2.Chọn loại và số lượng card giao tiếp: 57 3.Bố trí thiết bị RTU: 58 4.Cấu hình các thông số chính cho từng loại card : 58 5.Tính toán cấu hình Transducer TRIAD : 63 Chương 4 67 HỆ THỐNG EMP 67 1.TỔNG QUAN VỀ EMP 67 1.1Giới thiệu 67 1.2Các thành phần của EMP 67 1.3Cấu trúc hệ thống EMP 69 1.4Trào lưu dữ liệu trong EMP 74 2.TỔNG QUAN VỀ HABITAT 79 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 4 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục 2.1Giới thiệu 79 2.2Cấu trúc của HABITAT 79 3.CÁC HỆ THỐNG HABITAT CƠ SỞ : 82 3.1Hệ thống giao diện người dùng cơ sở Rapport -FG: 83 3.2Hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu : 83 3.3Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem): 84 3.4Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem): 84 4.Các kiểu hệ thống HABITAT : 84 4.1Hệ thống HABITAT thời gian thực : 84 4.2Hệ thống HABITAT mô phỏng : 85 4.3Các hệ thống phát triển HABITAT : 85 4.4Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB : 85 5.ALARMS: 85 5.1Các sự kiện (Events): 86 5.2Các hiển thị cảnh báo (Alarm display): 87 6.Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT : 87 6.1Tiện ích Quyền (Permission): 87 6.2Tiện ích Quản lý cấu hình 87 6.3Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman) 88 7.Hệ thống giao tiếp 89 7.1Hệ thống ngày giờ: 89 7.2Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC) 90 7.3Trending and strip chart recorders driver 90 7.4Nhật ký (Logman) 90 8.Lập trình trong HABITAT 90 8.1Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng 90 8.2Chương trình ứng dụng HABITAT 90 8.3Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM) 91 8.4Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình 91 9.Hệ thống con SCADA : 92 9.1Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA : 92 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 5 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục 9.2Giao diện người sử dụng SCADA : 93 9.3Thu thập dữ liệu SCADA : 94 9.4Giám sát thời gian thực : 96 9.5Điều khiển giám sát : 99 9.6Các chức năng SCADA hỗn tạp : 100 Chương 5 102 Vận hành hệ SCADA tại trạm LIÊN TRÌ 102 1.Hệ thống phần cứng SCADA: 102 2.Chức năng phần mềm SCADA: 102 2.1Thu thập dữ liệu: 102 2.2Điều khiển giám sát: 103 2.3Điều khiển hệ thống: 103 3.Các display về trạm: sơ đồ một sợi và bảng 105 4.Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu cua hệ SCADA tại trạm: 111 4.1Nguồn gốc dữ liệu 111 4.2Dữ liệu tương tự 111 4.3Dữ liệu trạng thái 116 4.4Dữ liệu đếm 120 5.Khả năng quét của SCADA 123 6.Cờ đặc tính dữ liệu 124 6.1Cờ nguồn gốc dữ liệu 124 6.2Cờ đặc tính dữ liệu chi tiết 125 6.3Cờ đa hợp 127 6.4Cờ từ chương trình đánh giá trạng thái (State Estimator) 128 6.5Cờ thuộc tính 128 7. Dữ kiện và cảnh báo SCADA 129 7.1Các điều kiện bất thưòng 129 7.2Dữ kiện cho sự trở về trạng thái bình thường 130 7.3Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị: 130 7.4Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA 132 8.Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA: 136 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 6 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục 9.Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA: 136 Chương 6 137 Kết luận và hướng phát triển đề tài 137 Phụ lục 138 1.TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer: 138 2.Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 139 3.Kết nối loại D (D-type connector) 141 Tài liệu tham khảo 144 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 7 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục hình Mục lục hình Hình 1.1:Sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực 13 Hình 1.2: Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì 13 Hình 1.3: Sơ đồ đo lường tại trạm Liên Trì 18 Hình 2.1: Một RTU tiêu biểu 21 Hình 2.2: Một Cell tiêu biểu 22 Hình 2.3: RTU nhiều Cell 23 Hình 2.4: Giao tiếp FieldNet 23 Hình 2.5: Truyền thông kép đến các Trung tâm Điều độ 26 Hình 2.6: Kết nối dự phòng với Trung tâm Điều độ 26 Hình 2.7: Kết nối chuẩn 27 Hình 2.8: CPR- 02x/CPR-03x và sơ đồ nguyên lý 29 Hình 2.9: HDI- 040 và sơ đồ nguyên lý 30 Hình 2.10: HDO- 040 và sơ đồ nguyên lý 31 Hình 2.11: HAI-030 và sơ đồ nguyên lý 32 Hình 2.12: HDI dùng điện áp 48VDC từ thiết bị trạm 33 Hình 2.13: HDI dùng điện áp 48VDC từ RTU 34 Hình 2.14: Loại bỏ tự động các đầu vào số 36 Hình 2.15: HD0 dùng điện áp 48VDC từ thiết bị ngoài 38 Hình 2.16: HD0 dùng điện áp 48VDC từ RTU 39 Hình 2.17: Trình tự điều khiển 41 Hình 2.18: Sơ đồ kết nối cho các tín hiệu đo lường tương tự 42 Hình 2.19: Sơ đồ đấu nối cho các điểm đặt tương tự 44 Hình 2.20: Các bước điều khiển 50 Hình 2.21: Đặc tuyến của Transducer điện áp – TRIAD 54 Hình 2.22: Đặc tính P-I của transducer – TRIAD 55 Hình 2.23: Đặc tuyến Q-I của transducer - TRIAD 56 Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn hoạt động của các tín hiệu TSS, RCD, TSD 62 Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn đấu nối từ đường dây đến transducer đo V 64 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 8 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục hình Hình 3.3: Sơ đồ biểu diễn đấu nối từ đường dây đến transducer đo P-Q 64 Hình 3.4: Sơ đồ đo lường của tín hiệu ATM 66 Hình 4.1: mô hình phần mềm phân lớp với các ứng dụng chuẩn 70 Hình 4.2:Cấu hình phần cứng hệ thống EMP của Trung tâm Điều độ HTĐ Miền Trung 73 Hình 4.3: Mối quan hệ giữa ứng dụng, cơ sở dữ liệu và display 74 Hình 3.4 Trào lưu dữ liệu từ EMS 75 Hình 4.5 Các kết nối dùng cho trào lưu dữ liệu từ EMS 76 Hình 4.6 Trào lưu dữ liệu giữa các hệ thống con 78 Hình 4.7 Các lớp ứng dụng trong HABITAT 80 Hình 4.8 Tổng quan về HABITAT 82 Hình 4.9 : Trình bày sự giao tiếp và trào lưu dữ liệu giữa các thành phần trong ứng dụng cảnh báo 86 Hình 4.10 Quản lí tiến trình trào lưu dữ liệu (procman) 89 Hình 4.11 : Trình bày khả thi của HABITAT APIs để phát triển một ứng dụng.92 Hình 4.12 : Cấu hình phần cứng SCADA điển hình 94 Hình 5.1: Ví dụ về điều khiển 104 Hình 5.2: Sơ đồ một sợi trạm Liên Trì trong hệ thống 106 Hình 5.3a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự 106 Hình 5.3b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự 107 Hình 5.4a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 108 Hình 5.4b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 109 Hình 5.4c: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 110 Hình 5.5:Chi tiết về dữ liệu tương tự dưới dạng bảng 114 Hình 5.6:Ví dụ về xử lí tín hiệu tương tự 115 Hình 5.7: Chi tiết về dữ liệu số dưới dạng bảng 117 Hình 5.8a: Ví dụ về xử lí dữ liệu số dưới dạng bảng 118 Hình 5.8b: Ví dụ về xử lí dữ liệu số dưới dạng bảng 120 Hình 5.9: Dữ liệu đếm dưới dạng bảng 121 Hình 5.10: Ví dụ về xử lí dữ liệu đếm dưới dạng bảng 123 SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 9 Đồ án tốt nghiệp    Mục lục hình Các kí hiệu và từ viết tắt SCADA: Supervisory Control And Data Acquicsition - Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu RTU Remote Terminal Unit - Thiết bị đầu cuối từ xa. EMP Energy Management Platform - Nền quản lý năng lượng. EMS Energy Management System - Hệ thống quản lý năng lượng ATM Analog TeleMetering - Tín hiệu đo từ xa tương tự. TSS Single TeleSignaling - Tín hiệu cảnh báo (1 bít). TSD Double TeleSignal - Tín hiệu trạng thái (2 bít). RCD Double Remote Control - Tín hiệu điều khiển từ xa. CPR Cell Processor module - module bộ xử lí của cell. HDI Digital Input module - module đầu vào số. HDO Digital Output module - module đầu ra số. HAI Analog Input module - module đầu vào tương tự. CSDL cơ sở dữ liệu. MBA máy biến áp. SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 10 [...]... trạm biến áp 110kV LIÊN TRÌ 1 Kết nối trạm biến áp 110kV Liên Trì với lưới điện khu vực: Trạm biến áp 110kV Liên Trì được nối với hệ thống điện Quốc gia bằng rẽ nhánh trên đường dây 110kV từ trạm 500kV Đà Nẵng đến các trạm 110kV Quận Ba, An Đồn, như Hình 1: sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực 1.1 Mơ tả khái qt thiết bị của trạm 110kV Liên Trì: Hiện tại trạm biến áp 110kV Liên Trì... LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 14  Đồ án tốt nghiệp • NO LOAD • ABLE / DISABLE Chương 1 : khơng tải : cho phép / khơng cho phép Đối với trạm biến áp 110kV Liên Trì các loại dữ liệu cần thu thập được liệt kê trong Bảng: Danh sách dữ liệu SCADA trạm 110kV Liên Trì, trong đó tên các tín hiệu là tên viết tắt gồm 4 ký tự chữ (viết hoa) và số Tên tín hiệu này được dùng thống nhất... chun dụng cho cơng nghiệp điện năng Cách tiếp cận theo kiểu module của nó cho phép các hệ thống phức tạp được xây dựng dễ dàng từ các ơ (cell) tiêu chuẩn Hình 2.1: Một RTU tiêu biểu Cơng nghệ Xcell cung cấp cho người sử dụng 6 mức độ độc lập nhau cho việc thiết kế các hệ thống tự động Đó là: 1) Đơn giản sử dụng, bảo trì và mở rộng 2) Một họ RTU gắn với các ứng dụng 3) Phần mềm linh hoạt cho phép thực... khố điều khiển: RCOF Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 171 : • •  Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha đất của đường dây Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) của dao cách ly đường dây (LS) 171-7 Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 172 : • •  Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha đất của đường dây... 171-74 C11 171-76 171-7 TU171 175/T500KV-ĐN TU171 174/T500KV-ĐN Hình 1.1:Sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực Hình 1.2: Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 13  Đồ án tốt nghiệp Chương 1 2 Danh sách tín hiệu SCADA: Các tín hiệu SCADA, nói chung, kết nối với Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện Miền Trung (A3) được liệt... khu vực 1.1 Mơ tả khái qt thiết bị của trạm 110kV Liên Trì: Hiện tại trạm biến áp 110kV Liên Trì có các thiết bị chủ yếu như trong Hình 2: sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì:  Một hệ thống thanh cái 110kV (C11)  Hai xuất tuyến 110kV đi đến trạm 500kV Đà Nẵng : • Xuất tuyến 1 (171) có :   • 1 dao cách ly 171-7 1 máy biến điện áp 3 pha TU171 Xuất tuyến 2 (172) có :    1 dao cách ly 172-7... NÀƠNG 110 0.1 0.1 3 3 3 ÂDK 110kV N-02 ÂDK 110kV N-01 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Hình 1.3: Sơ đồ đo lường tại trạm Liên Trì Trang 18 Đồ án tốt nghiệp  SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Chương 1 Trang 19 Đồ án tốt nghiệp  SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Chương 1 Trang 20  Đồ án tốt nghiệp 2 Chương Chương 2 Giới thiệu thiết bị SCADA tại trạm LIÊN TRÌ... ĐI QUẬN BA 220KV TBA 500KV Đà Nẵng 500KV ĐI TAM KỲ 110KV ĐI PKEIKU AC-240 3 ĐI AN ĐỒN 2X125MVA 450MVA AC-185 4,5 110KV ĐI HÀ TỈNH Sơ đồ đấu nối trạm vào lưới điện khu vực  SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN 22KV LIÊN TRÌ 2X25MVA ĐI HUẾ Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Trang 12  Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Sơ đồ đánh số thiết bò trạm 110kV Liên Trì C42 171-74 171-76 412 431 TU4T1 TU4T1-3... và đồng thời hổ trợ xử lý cho các module Vào/Ra Hình 2.7: Kết nối chuẩn 3.2 Các cơng cụ: Thành phần Expert-010 Explore-010 Express-010 SIM-010 Mơ tả Phần mềm cấu hình cơ sở dữ liệu Phần mềm các chuẩn đốn Cơng cụ lập trình ứng dụng với 5 ngơn ngữ lập trình IEC 1131 Thiết bị mơ phỏng dữ liệu Vào/Ra (I/O) với các dây nối bên trong 4 Nguồn cung cấp DC cho RTU : Nguồn cung cấp cho RTU là 48V DC Phần lớn... tương tự dùng cho các tín hiệu vào tương tự một chiều Dải dòng điện vào định mức +/-20mA với khả năng q tải là 5% Dải dòng điện vào có thể cấu hình là +/-10mA dùng chức năng CAL bằng phím chức năng của module CPR, sự thay đổi này sẽ có tác dụng cho tất cả các tín hiệu vào của module Giá trị của điện trở tải giữ ở mức 50 Ohm Độ phân giải bộ chuyển đổi tương tự -số (A/D converter) khơng đổi cho đến khi . SCADA/ EMS phục vụ sản xuất. Cho nên trong quá trình thực tập tại Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung em tập trung nghiên cứu, thiết kế đề tài: " Thiết kế hệ thống SCADA cho trạm 110kV. tải • ABLE / DISABLE : cho phép / không cho phép. Đối với trạm biến áp 110kV Liên Trì các loại dữ liệu cần thu thập được liệt kê trong Bảng: Danh sách dữ liệu SCADA trạm 110kV Liên Trì, trong. thiệu trạm biến áp 110kV LIÊN TRÌ 11 1.Kết nối trạm biến áp 110kV Liên Trì với lưới điện khu vực: 11 1.1Mô tả khái quát thiết bị của trạm 110kV Liên Trì: 11 2.Danh sách tín hiệu SCADA: 14 Chương