Giới thiệu các hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện

giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐCHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ cấp hạ áp, tr

giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu

Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp

từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết

bị rất lớn Sự phát triển một hệ thống thông tin trong hệ thống điện là rất cầnthiết Những việc mà trước đây muốn thực hiện thì phải rất phức tạp và mấtnhiều công sức, cần đến sự làm việc của nhiều người thì với sự phát triển củacông nghệ thông tin nói chung và truyền thông trong hệ thống điện nói riêng đãlàm cho vấn đề được trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Các thiết bị ở cấp dưới(chấp hành) được kết nối với cấp trên như máy tính điều khiển, thiết bị quan sát,máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lýcông ty Chuẩn truyền thông là qui ước chung cho việc ghép nối các thiết bị vớinhau giúp cho việc giao tiếp được trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Ngoài cácchuẩn vật lý thường dùng như RS-232, RS-485 thì còn các chuẩn giao thức nhưIEC 60870, 61850 chiếm vai trò quan trọng trong điều khiển giám sát trong hệthống điện

1.2 Mục đích của đề tài

Đề tài này nghiên cứu các chuẩn truyền thông công nghiệp trong điều khiểngiám sát hệ thống điện, mục đích là làm rõ khả năng ứng dụng của các chuẩntruyền thông quốc tế, sự phù hợp và các ưu nhược điểm của chúng trong các hệđiều khiển và giám sát hệ thống điện Làm rõ thực trạng của các giải pháptruyền thông trong hệ thống điện Việt Nam

1.3 Nội dung của đề tài

Nội dung của đề tài là nghiên cứu nhu cầu truyền thông trong hệ thống điện, giớithiệu hệ thống (SCADA) và các hệ thống cấp cao hơn, nghiên cứu các chuẩn

giao thức IEC 60870, 61850, OPC Phân tích khả năng áp dụng các chuẩntruyền thông trong điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

1.4 Phương pháp nghiên cứu và các kết quả đạt được

Sử dụng các tài liệu về mạng truyền thông công nghiệp, các tài liệu của trungtâm điều độ hệ thống điện quốc gia (chế độ vận hành, các chuẩn truyền thôngđang áp dụng ) cùng với đó là tài liệu của các hãng nước ngoài như ABB,Siemens nhằm đạt được các kết quả sau:

- Nhận thấy được vai trò của truyền thông trong hệ thống điện

- Tổng quan về các hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thốngđiện

- Làm rõ việc áp dụng các chuẩn truyền thông trong điều khiển giám sát hệthống điện

1.5 Bố cục của bài viết

Bố cục của bài viết được trình bày gồm có 5 chương

Chương 1: Mở đầu

Nội dung của chương là chỉ rõ mục đích của đề tài, nội dung của đề tài, phươngpháp nghiên cứu đề tài và các kết quả đạt được

Chương 2: Giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ

Mục đích của chương nhằm giới thiệu các chức năng và tính năng chính của các

hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện

Chương 3: Tổng quan về mạng truyền thông trong hệ thống điện

Nội dung của chương là nêu rõ việc liên kết thông tin trong ĐKGS hệ thốngđiện từ trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia tới các điều độ khu vực và cáccông trình, đường dây

Chương 4: Chuẩn truyền thông áp dụng trong hệ thống điện

Chương này giới thiệu các chuẩn vật lý thông dụng, chuẩn giao thức IEC 60870,

61850, OPC và việc áp dụng các chuẩn này trong hệ thống điện

2.1 Hệ thống điều khiển bảo vệ trong HTĐ

2.1.1 Quá trình xây dựng và phát triển

Trước những năn 90, hệ thống điện Việt Nam thừa hưởng cơ sở hạ tầng lạc hậu,nhỏ lẻ Thiết bị điều khiển bảo vệ chủ yếu là thế hệ điện cơ, chưa có mặt hệthống thông tin số Các khái niệm trong lĩnh vực điều khiển, giám sát nhưSCADA, hệ thống đo xa… và hiểu biết về thế hệ thiết bị số còn khá mới mẻ xa

lạ với người thiết kế và quản lý HTĐ

Đầu những năm 90, nền kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, đòi hỏi những bướcphát triển mới trong truyền tải và phân phối điện năng Hệ thống đường dây siêucao áp 500kV thống nhất HTĐ toàn quốc, với thế hệ thiết bị số như: Rơ le, bộghi sự cố và thông tin số Hệ thống quản lý HTĐ phát triển, ra đời cấp điều độtrung ương A0 quản lý giám sát vận hành hệ thống 500kV và nhà máy điện lớntrong toàn quốc

Một số thiết bị tiêu biểu cho thế hệ rơ le số có thể liệt kê như: Rơ le bảo vệ solệch dọc đường dây LFCB-102 (GEC- Alsthom sử dụng kệnh truyền thông tincáp quang riêng lắp đặt theo hệ thống dây chống sét dọc tuyến, rơ le tự độngđóng lại LFAA-102, rơ le bảo vệ đường dây 7SA513 V2.1- Siemens, bộ tự độngghi sự cố… Bên cạnh đó, vẫn sử dụng thế hệ thiết bị bán dẫn như rơ le bảo vệ

quá dòng như MCGG82,62,22 Hệ thống điều khiển đã được thiết kế theo môhình SCADA.

Nền kinh tế và khoa học kỹ thuật Việt Nam đang từng bước hòa nhập vào pháttriển mạnh mẽ của thế giới Điện lực Việt Nam đòi hỏi sự phát triển toàn diệncác hệ thống nguồn truyền tải và phân phối Tỷ lệ số hóa trong thiết bị điềukhiển tăng dần là một lựa chọn tất yếu trong thiết kế xây dựng công trình mới vàcải tạo nâng cấp hệ thống Trong HTĐ Việt Nam đã có nhiều nhà sản xuất nổitiếng: ABB, SIEMENS, SEL- SCHWEITER, GEC- Alsthom, AEG… Nóichung thiết bị bảo vệ và điều khiển tất cả các nhà sản xuất đều hướng quan điểmthiết kế của riêng họ, nhưng đều hướng tới các đặc tính: Đa chức năng, bộ nhớghi lại nhiều loại dữ liệu lớn hơn, giao diện, nói ghép thân thiện hơn và đặc biệtngày càng đáp ứng yêu cầu thông tin mạnh hơn Ngoài ra còn thêm đặc điểmmang tính kinh tế cạnh tranh: Trên một thiết bị có thể có những lựa chọn cấuhình từ tối thiểu tới nâng cao tùy thuộc vào khả năng đầu tư và phạm vi ứngdụng của người mua

Đã có nhiều công trình trạm, đường dây phân phối mới hoàn toàn láp đặt rơ le

số, với một hệ thống thông tin mở Ngoài ra còn đưa các thiết bị điều khiển tựđộng quá trình (PLC trong môi trường điều khiển công nghiệp) vào HTĐ trongthông tin, điều khiển trạm, tổ máy phát…

Công nghệ thông tin công nghiệp, văn phòng, cùng kiến trúc mạng LAN, WAN

đã có mặt trong mạng thông tin điện lực Việt Nam

Kèm theo đó, khái niệm “ Máy tính hóa” điều khiển và bảo vệ đang là xu hướngcủa tương lai, nâng cao và hoàn thiện vai trò của máy tính trong môi trường này

Có thể kể tên nhưng trạm biến áp mới có điều khiển hoàn toàn trên màn hìnhmáy tính được thực thi trên hệ thống thông tin trạm như: Trạm 220kV Nhà Bè,Sóc Sơn, Bắc Giang (ABB), 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Việt Trì, Phố nối(Siemens), các nhà máy điện dùng hệ thống điều khiển quá trình tự động: Sông

Hinh, Hàm Thuận – Đa My, Phả Lại 2, Phú Mỹ… Những công trình trên đượccoi là đã sử dụng thế hệ thiết bị và thông tin mới và tiên tiến nhất trên thế giớivào thời điểm xây dựng.

Ở mức độ nhỏ hơn, các trạm biến áp 110kV và các lộ Phụ tải trung áp mới đềuđược thiết kế lắp đặt sử dụng hoàn toàn rơ le bảo vệ số

So với thời kỳ đầu, đã có số lượng rất lớn, chủng loại khá đa dạng và rất nhiềuthế hệ thiết bị số đã có mặt trong HTĐ Việt Nam Việc làm chủ sơ đồ thiết kế,thí nghiệm, vận hành các thiết bị số của nhiều hãng đã trở thành quen thuộc vớicán bộ kỹ thuật

Trong điều khiển hệ thống, SCADA đang được cải tạo và lắp mới ngày cànghoàn thiện hơn Hệ thống SCADA cấp điều độ trung ương A0 đã được lắp đặt1999-2000 có khả năng điều khiển, tạo một cơ sơ dữ liệu trên hệ thống thông tinmang tính mở và mạnh để áp dụng những ứng dụng ở mức cao trong HTĐ nhưEMS, DSM… Hệ thống SCADA cấp điều độ miền Bắc, Trung, Nam tạo nguồnthông tin từ cấp thấp hơn: Trạm biến áp 110kV, tổ máy phát nhỏ… Nối ghépcung cấp dữ liệu đến hệ thống SCADA trung ương, và các ứng dụng văn phòngkhác trên toàn quốc gia hoặc toàn cầu

RET316V4.5RET 520V2

SEL 387 P643, P141,

KBCH130

F50/51 &N 7SJ511 V3.3x

V4.1x7SJ531

SPAJ140,141C

SEL351A

SEL551

MicomP127,P123,P441KCGG140

F21 7SA511,513 REL511

Bảng 2.1: Các nhà sản xuất và thế hệ rơ le bảo vệ

2.1.2 Đánh giá việc khai thác hệ thống điều khiển và bảo vệ trong HTĐ Việt Nam.

Quá trình thâm nhập, ứng dụng thế hệ thiết bị mới (Rơ le bảo vệ, hệ thống điềukhiển, thông tin điện lực) được thực hiện theo từng bước, mang đặc điểm củamột nước đang phát triển và cũng theo sát với phát triển của những thế hệ mớinhất

Việt Nam có những mặt thuận lợi khi theo chiến lược đón đầu các kỹ thuật mới,đưa vào ứng dụng những thiết bị, hệ thống tiên tiến nhất ngay trong giai đoạnphát triển ban đầu không trải qua thời gian và chi phí thử nghiệm, có đội ngũ kỹthuật có năng lực nhạy bén, tránh được sai lầm từ những bài học và kinh nghiệmcủa các nước đi trước

Nhưng cũng có nhiều mặt hạn chế trong quá trình phát triển:

- Khả năng đầu tư hạn hẹp, phụ thuộc vào các nguồn vốn vay kèm theonhà cấp hàng có chỉ định

- Bị động mang nhiều tính chất giải quyết tình thế HTĐ có khối lượngtài sản lớn, xây dựng mang tính chất của một quá trình phát triển, kế thừa, trong

hệ thống tồn tại rất nhiều thế hệ, nhiều công nghệ sản xuất thiết bị là điều khôngthể tránh khỏi Đặc biệt tính tiên tiến hiện đại của thiết bị thông tin ngày nay cóvòng đời rất ngắn, do vậy nhiều thiết bị, hệ thống khi chọn trên dự án là hiện đại

và tiên tiến nhất, khi thực hiện xong dự án thì lại trở thành lạc hậu

- Năng lực kỹ thuật thẩm định thiết kế khai thác ứng dụng trên hệ thốnghiện có còn hạn chế …

Chẳng hạn, khi chọn thiết bị rơ le bảo vệ, thiết bị thông tin( bộ xử lý trung tâm,thiết bị chuyển kênh, … hay mắc phải những thiếu sót sau:

+ Chọn những thiết bị không cùng một cấp (Cấp lộ phụ tải phân phối, cấp trungtâm thông tin mức trạm)

- Nhiều nhà cung cấp khác nhau

- Hình thức, giao thức thông tin, năng lực và tốc độ thông tin khác nhau.

- Tùy chọn rơ le có kết nối EIA-232,… Cáp quang khác nhau ( Mà

chuẩn nối này chỉ phục vụ tốt nhất riêng cho mỗi liên kết Star hoặc Bus ( Train/ Trunk-Drop))

Daisy Chọn những thiết bị có khả năng thông tin quá mạnh so với khả năngcủa mạng thông tin tổng thể, dẫn đến sử dụng lãng phí thiết bị

+ Ở mức độ trạm đã chọn những sơ đồ cấu trúc thông tin mà thiếu đánh giá về

độ tin cậy của hệ thống, ví dụ tại trạm 220kV Nam Định chỉ dựa vào hình máytính, không có hệ thống thông tin, mạng dự phòng Do vậy, đã có một lần xảy ra

sự cố máy tính hoặc hư hỏng mạng cáp quang do chuột cắm làm tê liệt điềukhiển toàn trạm trong nhiều ngày thậm chí nhiều tuần

+ Do đòi hỏi phải hiện đại hóa theo một chức năng nào đó, chẳng hạn giám sáttrạng thái máy cắt, hệ thống đo xa… Nên những năm 95,96 chúng ta đã đầu tưnhững hệ thống thông tin riêng lẻ, chỉ phục vụ đơn mục đích đặt ra Sau mộtthời gian ngắn vài năm, khi xuất hiện nhưng hệ thống thông tin mở có thể pháttriển khai thác đa ứng dụng theo hướng của người sử dụng, thì các hệ thống đãlắp đặt trên chỉ là một chức năng nhỏ trong hệ thống mới, tồn tại của hệ thốngnày chỉ làm phức tạp hệ thống và cồng kềnh trong công tác quản lý Kết quả là

đã gây ra một lãng phí lớn trong đầu tư

Trong hoàn cảnh kinh tế Việt Nam của thời kỳ đầu phát triển, chúng ta phải Tiếtkiệm và sử dụng hệu quả cao nhất nguồn vốn đầu tư Như vậy, để xây dựng hệthống điều khiển và bảo vệ dựa trên hệ thống thông tin điện lực hay thực thi xuhướng máy tính hóa trong điều khiển trạm điện, cần phải lưu ý một số vấn đềsau:

- Phải co so sánh, đánh giá đúng những chỉ tiêu kỹ thuât: Độ tin cậy,

tính duy trì, ổn định hệ thống, chất lượng điện năng, thiệt hại khi có sự cố, tínhkinh tế… khi lựa chọn xây dựng một hệ thống điều khiển với quy mô nào đó

trên cơ sở thông tin, hoặc mô hình điều khiển khác được tư vấn nhằm chọn ra

mô hình điều khiển phù hợp Cũng cần phải lưu ý rằng có những công trình cóquy mô và vị trí địa lý nào đó không nhất thiết phải xây dựng dựa trên hệ thốngthông tin mạnh Không thể trang bị hệ thống thông tin như một thứ “ ThờiTrang”

- Phải có kiến thức nắm bắt và dự đoán đúng những phát triển trong

tương lai Ví dụ có dự đoán đúng đắn, xu thế phát triển khoa học công nghệtrong vòng 5,10 thậm chí 20 năm tiếp theo, theo đó là những cấu trúc, mô hìnhđiều khiển Tránh tình trạng thiết kế mang tính tình thế và công trình có tuổi đời

sử dụng ngắn

2.1.3 Giới thiệu một số hệ thống điều khiển SCADA, EMS hiện hữu

1.Hệ thống điều khiển trạm: LSA-SIEMENS

Trạm 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Vật Cách, Việt Trì…: Lắp đặt những năm98-99 Hiện hệ thống điều khiển này vẫn là những sản phẩm tiên tiến nhất củahãng Siemens

2.Hệ thống SCADA, EMS A0: Ranger ( Bailey-ABB)

Hệ thống được lắp đặt vào cuối năm 99, là hệ thống hiện đại nhất của nhà sảnxuất Bailey-USA thuộc tập đoàn hàng đầu ABB Hiện hệ thống này đang đượckhai thác, lấy nguồn dữ liệu từ các hệ thống SCADA trung tâm thuộc điều độ 3miền Bắc, Trung, Nam Trên hệ thống này, SCADA đã được khai thác hiệu quả,EMS chưa được khai thác hết tính năng vì phụ thuộc vào kết cấu hệ thống thiếtbị: Máy phát, máy cắt, thông số lưới điện… chưa đáp ứng hoàn toàn theo chứcnăng này

3.Thiết kế các hệ thống điều khiển

Quá trình cải tiến không ngừng của công nghệ sản xuất và cấu trúc sản phẩm,đặc biệt liên tục ra đời các thế hệ rơ le số, thiết bị điều khiển tự động phần mềmứng dụng, và công nghệ thông tin phát triển với tốc độ nhanh, luôn đặt cho

người thết kế và sử dụng cần có kiến thức và dự đoán chính xác mức độ pháttriển trong tương lai.

Các yêu cầu được coi là nguyên tắc bất biến của thiết bị và hệ thống điều khiểntrong HTĐ:

- Cải thiện chức năng điều khiển tự động: Được hiểu như tăng khả năng

an toàn trong thao tác vận hành, giảm thiểu các thời gian khắc phục sự cố và phụchồi như xây dựng một trình tự thao tác hợp lý, hướng dẫn chuyên gia và giám sát chonhân viên vận hành phản ứng đúng và an toàn trong các chế độ này

- Cải thiện tính năng trong quản lý, giám sát: Mở rộng phạm vi quản lý,giám sát

+ Đưa sự giám sát theo dõi từ nhiều cấp xuống các thiết bị, đến từng máy biến

áp, lộ phụ tải trung áp

+ Khả năng giám sát tại chỗ hoặc từ xa.(Từ xa được hiểu như từ các cấp điều độcao hơn) Tự động trong theo dõi, giám sát lập kế hoạch sửa chữa bảo dưỡngđịnh kỳ

+ Nhiều đối tượng có thể khai thác nguồn dũ liệu để phục vụ cho nhiều mụcđích khác nhau thông qua việc mở rộng thông tin, ứng dụng các thông tin vănphòng Ví dụ: Đối tượng ở chế độ Online trên mạng Internet, và các trangWeb…

+ Một mục tiêu rất quan trọng nữa là tính kinh tế thể hiện trong việc giảm giáthành tổng thể cho một HT được hiểu bao gồm cả giá thành thi công lắp đặt,chuyển giao hướng dẫn sử dụng và bảo dưỡng thay thế định kỳ Ví dụ: Khả nănglinh động lắp đặt có thể hiểu như việc lắp đặt các modul hay các trạm di động,nối ghép và thí nghiệm đưa vào làm việc hệ thống điều khiển và bảo vệ (qua cácchỉ tiêu thời gian lắp đặt tính bằng ngày, bằng giờ), sẵn có các thiết bị thay thế

dự phòng tương thích…… Đặc biệt việc tiến hành thí nghiệm và cài đặt thông

số bảo vệ trước khi đưa vào làm việc có thể thực hiện từ xa qua hệ thống thôngtin phổ thông

Mô hình hệ thống thiết bị trạm đảm bảo những yêu cầu sau:

- Mô hình thiết kế điều khiển trạm phải cơ động gọn nhẹ trong cấu trúc,

thể hiện trong:

+ Kích thước của HTĐK trạm nhỏ gọn về không gian, dễ sửa chữa, giảm thiểuviệc đấu dây, cấu hình gọn nhẹ, mạch lạc, thuận tiện cho việc giám sát bảodưỡng định kỳ

+ Quá trình từ thiết kế, lựa chọn thiết bị, lắp đặt nhanh chóng

Hình 2.1: Mô hình hệ thống điều khiển trạm nhỏ bằng máy tính

+ Thuận lợi cho việc mở rộng trong tương lai, tăng thích nghi ghép nối với hệthống cũ và mới

- Máy tính hóa trong điều khiển trạm nhỏ

Tại các trạm nhỏ, cho phép tính trì hoãn điều khiển từ xa và thời gian phục hồi

sự cố do mất điều khiển không đòi hỏi cao như các trạm phân phối lớn (220kV),

chỉ thiết lập khả năng điều khiển sẽ tập trung trên một màn điều khiển hiển thịcủa máy tính trung tâm Do vậy không yêu cầu lắp đặt các panel điều khiển songsong dùng khóa chế độ nóng, cắt truyền thống trong phòng điều khiển(IndoorPanel).

Có thể sử dụng các bộ nhớ của máy tính thương mại (PC), hoặc công nghiệp(IPC) lập thành cơ sở dũ liệu ở mức trạm… với giá thành rẻ, dễ thay thế

Mỗi thiết bị thành phần đều có khả năng giao tiếp máy tính ( xách tay) qua phầnmềm riêng

- Đặc biệt, mục tiêu chung của hướng thiết kế là: Mở rộng và tăng khả

năng thông tin xuống cấp độ trạm, lộ phụ tải Tăng tính liên kết của điều khiểntrạm trong hệ thống điện lớn

Tính khả thi của thiết kế trên là hoàn toàn thực tế và sẽ phổ biến trong mộttương lai gần Chính vì nó dựa trên các cơ sở hiện thực: Môi trường và hạ tầngcủa công nghệ thông tin nói chung và thông tin điện lực nói riêng, mà thiết bịđiều khiển tự động công nghiệp, công nghệ máy tính hiện đại phát triển nhanhchóng

GE-+ Bộ xử lý tín hiệu Analog chung và Rơ le số đa chức năng (nhiều Modul chứcnăng), rơle số (với chức năng bảo vệ lộ đường dây trung áp) của tủ hợp bộđường dây phụ tải

+ Mạng LAN hỗ trợ TCP/IP cho mạng nội bộ tốc độ cao (10MBs), cáp nối

EIA-232, 485, cáp quang: các mạng thông tin công nghiệp phổ thông, các giao thứcchuẩn phổ biến như đã giới thiệu ở trên

+ Hệ thống nguồn tự dùng AC(UPS), DC

Hình 2.2: Mô hình tủ điều khiển và đấu nối trong phòng điều khiển trạm nhỏ

+ Hệ thống các thiết bị thứ cấp có điều khiển: Biển đổi (CT,VT…), chấp hành(Rơ le đầu ra, máy cắt, dao cách ly, quạt mát MBA, OLTC, thiết bị biến đổinhiệt độ, độ ẩm, áp suất … , tủ hợp bộ trung áp phân phối… cùng với khóađiều khiển bằng tay tại chỗ), hệ thống đo lường từ xa với độ chính xác cao, bảotoàn và bảo mật trong kênh thông tin riêng

- Mô tả vai trò của mỗi thiết bị trong sơ đồ trên:

DAUs: Data Acquistion Units

Tạo một nguồn cung cấp thông số tương tự liên tục cho nhiều chức năng đếnnhiều modul rơ le bảo vệ, cung cấp cho thông tin đo lường trên màn hình hoặc

từ xa Làm việc với các đầu vào là Digital Input và Analog Input Thiết bị nàybao luôn cả chức năng cuẩ hệ Transmitter số

Được hỗ trợ phần cứng: Có các CPU thực hiện nhiều xử lý và truyền dữ liệu tốc

độ cao

Modul Rơle số

Thực hiện các chức năng bảo vệ truyền thống, thực hiện cài đặt qua máy tínhtrung tâm, lưu lại dữ liệu sự cố và quá trình truyền cho máy tính, liên lạc trựctiếp với DAU nhận các thông tin giá trị tức thời để xử lý nhanh theo chức năngbảo vệ …

Hợp bộ rơ le số có Main CPU quản lý trao đổi giá trị tức thời với DAU, quản lýcấu hình, và thực hiện giao tiếp với thiết bị ngoại vi khác như PC, máy in, lậptrình cầm tay… , đồng thời có màn hình và phím chức năng để có thể thực hiệncài đặt bằng tay và theo dõi hoạt động của rơ le Trên mỗi modul làm việc theochức năng bảo vệ riêng có hệ thống đèn LED tùy đặt để hiển thị tình trạng và tácđộng theo chức năng trên Ngoài ra còn có các modul I/O: Digital Input, RelayOutput hỗ trợ một số chức năng logic của rơ le và cách ly với thiết bị khác vềphương tiện điện áp làm việc

Một số Rơ le thế hệ mới như (RET 512 V2xx-ABB) là ghép nối của DAU +Modul bảo vệ + Modul thông tin (cáp quang + RS232, 485)

Hệ thống rơ le số lộ phân phối trung áp cũng được thiết kế cho chức năng điềukhiển đóng cắt như (7SJ531-Siemens), thích hợp cho kết nối sơ đồ BUS(RS485) thuận tiện trong việc mở rộng thêm lộ đường dây và chỉ yêu cầu truyềnthông số ở tốc độ thấp hơn

PLC

Các PLC với khả năng trung bình có thể đảm nhận chức năng thực hiện giám sátđiều khiển liên động, logic trong toàn trạm, nhận và thực hiện các lệnh điềukhiển từ xa qua đường thông tin hoặc từ màn hình máy tính đi đóng cắt hoặckhởi động các thiết bị sơ cấp Ngoài ra PLC nhận tín hiệu Digital Input từ trạngthái của thiết bị và Analog Input, xử lý ở các cấp thấp hơn như nhiệt độ: dầu,môi trường, áp suất……

Ngoài ra có thể chọn PLC – Master, với CPU có khả năng và tốc độ xử lý nhanhhơn, cùng các modul thông tin, và bộ nhớ phục vụ cho mục đích thông tin tốc độcao trong điều khiển và truyền giá trị đo lường tức thời Khi đó vai trò của nónhư là một RTU, bộ xử lý trung tâm và điều khiển ở mức trạm

PC(IPC)

Có thể sử dụng các máy tính văn phòng để điều khiển trạm Trên PC đơn bộ xử

lý, thực hiện đa chương trình bằng cách phân chia thời gian thực hiện giữa cácluồng hoạt động Có những lớp chương trình phục vụ nhiều mục đích, chạy trên

hệ điều hành đa nhiệm như Microsoft Window NT/ 95/ Unix….Màn hình hiểnthị điều khiển dưới dạng cửa sổ có các Menu tổ chức ở dạng Pull-down Menu

Hệ thống phần mềm phục vụ các đối tượng sau:

- Đối tượng DAU: Thu thập thông tin giá trị đo lường từ DAU

- Đối tượng thu thập dữ liệu

- Đối tượng lập báo cáo hiển thị(Hiển thị và in ấn các báo cáo)

- Đối tượng truyền tin lên điều độ cấp trên theo kênh thông tin (Modem)

- Đối tượng quản lý các cơ sở số liệu quá trình vận hành, sự kiện, sự cố…

- Đối tượng lập các trang hiển thị và điều khiển giám sát( bao gồm cáctrang Busbar, Trend, Loging….)

- Đối tượng lập báo cáo, kế hoạch bảo trì … tự động

- Ngoài ra còn một số chương trình phát triển ứng dụng khác

Hệ thống thiết bị mạng thông tin LAN,WAN

Nguồn tự dùng DC, AC(UPS) cho hệ thống máy tính và tự dùng trạm.

Các thiết bị thi hành thứ cấp: Mỗi thiết bị có thể đóng cắt qua Relay Outputnhận lệnh từ PLC và rơ le bảo vệ Ngoài ra theo cấu tạo, mỗi thiết bị đều có thểthực hiện thao tác ngay tại chỗ trên thiết bị phục vụ cho đóng cắt thử nghiệm vàkhẩn cấp

Các thiết bị tùy chọn khác như: Máy tính xách tay, Modem, hệ thống đồng bộthời gian thực GPS cùng cổng đồng bộ thời gian IRGIB – Time, hệ thống đèn vànút điều khiển giống với panel môi trường điều khiển truyền thông( thiết bị nàynối với Digital I/Os của PLC nếu yêu cầu )

Hệ thống công tơ đo lường có kênh thông tin riêng( hoặc thông qua PLC nhằm

có tính bảo toàn, liên tục và tin cậy trong đo đếm kinh doanh)

- Đặc điểm nổi bật của thiết kế

+ Giảm số thiết bị: Giảm modul Analog khi nhiều chức năng cùng khai thácBUS số liệu (tức thời) làm số mạch CT, VT… giảm

+ Đảm bảo tính tác động nhanh khi có sự cố, những chức năng này do Modules

rơ le bảo vệ thực hiện

+ Thực hiện các sơ đồ logic tự động điều khiển đóng cắt bằng tay và từ xa thôngqua PLC, những chức năng này với một trạm điện nhỏ không đòi hỏi tính tứcthời cao như điều khiển từ xa của các trạm điện và nhà máy điện lớn trong ứngdụng đóng cắt phục hồi hệ thống sau sự cố và điều chỉnh công suất tổ máy phát(EMS)…

+ Mức độ quan trọng (vai trò phân phối của trạm nhỏ trong sơ đồ HTĐ lớn), tínhkinh tế và độ tin cậy yêu cầu nằm trong phạm vi chấp nhận được Vì vậy khôngcần thiết phải có những hệ thống điều khiển dự phòng (tự động chuyển songsong khi một hệ có sự cố với trường hợp hư hỏng bộ điều khiển PC, PLC, hoặchỏng mạng thông tin), vì nó không ảnh hưởng đến tính tác động nhanh của bảovệ

+ Thể hiện đầy đủ chức năng của một hệ điều khiển và quản lý phân tán, điểmnút chuyên gia trong hệ thống lớn.

+ Đảm bảo được tính kinh tế trong: Giá thành lắp đặt, giảm thiểu được khốilượng đấu dây, kích thước và thời gian thi công của công trình Giảm tiêu thụđiện năng tự dùng, không gian lắp đặt Thuận tiện trong quản lý giám sát và vậnhành

Đầy đủ các thiết bị dự phòng, thay thế và khả năng mở rộng trong tương lai.+ So với một số mô hình thiết kế SCADA trạm nhỏ khác, mục đích chủ yếu chỉtạo và khai thác cơ sở dữ liệu để xây dựng một dạng hoạt động của HT SCADAtrạm, thực hiện trên cơ sở các Transmitters số thông minh kết hợp với máy tính,Trong thiết kế này với sự có mặt của PLC sẽ hỗ trợ tối đa thực thi điều khiểnlogic trạm tại chỗ và từ xa theo mạng thông tin tốc độ cao, nâng cao hoạt động,tăng tính liên kết của trạm trong sơ đồ điều khiển một hệ thống điện lớn

Hình 2.3: Hệ thống điều khiển LSA- Siemens Trạm 220kV- Nam Định

1 Tổng quát

Hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm 220kV Nam Định được gọi làSINAUTLSA, với hệ thống này ta có thể thực hiện được tất cả các chức năngcủa 1 trạm phân phối điện năng như:

- Điều khiển từ xa – Telecontrol

- Điều khiển tại trạm

- Điều khiển tự động

- Giám sát các thiết bị tại trạm

- Đo lường các thông số

- Bảo vệ các thiết bị

Như vậy tất cả các chức năng của một trạm thông thường đã được tích hợp vàotrong một hệ thống duy nhất, điều này khiến cho công tác quản lý cũng như vậnhành trạm trở nên dễ dàng hơn, nhanh chóng hơn và chính xác hơn.

2 Cấu hình của hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm:

Để có thể tích hợp các chức năng vào một hệ thống duy nhất ta cần phải cónhững cấu hình phù hợp cho từng trường hợp cụ thể, những thiết bị phần cứng( Hardware) và các phần mềm tương ứng Ta xét một sơ đồ khối của hệ thốngđiều khiển trạm như sau:

Hình 2.4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển trạm

Các thiết bị phần cứng:

Trong hệ thống điều khiển trạm ta có những thành phần chính như sau:

- Master Unit: Là trung tâm xử lý tất cả các tín hiệu số, tín hiệu tương tự

- I/O Unit: Là thiết bị thu nhận và chuyển tất cả các tín hiệu giữa MasterUnit và các thiết bị chấp hành.

- Các rơ le bảo vệ số: Làm nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị trong trạm phânphối đồng thời cũng truyền tín hiệu về cho các I/O Unit, thực hiện cáclệnh điều khiển

- Các thiết bị chấp hành như: Máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, vv…

- Các thiết bị ngoại vi: Máy tính, máy in được kết nối với Master Unit Đây

là các thiết bị để cho người vận hành giao diện với hệ thống Sinaut LSAqua đó đưa ra các mệnh lệnh điều khiển thích hợp

Các phần mềm:

LSACONTROL: Làm nhiệm vụ thực hiện các mệnh lệnh điều khiển của ngườivận hành cũng như thực hiện các lệnh điều khiển tự động đã được lập trình trước

và giám sát tình trạng các thiết bị trong hệ thống

LSATOOLS: Làm nhiệm vụ thiết lập các thông số của hệ thống

LSADIAG: Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

LSATEST: Làm nhiệm vụ kiểm tra phần thông tin giữa các thiết bị trong hệthống và giữa hệ thống trạm với trung tâm điều độ ( Telecontrol)

LSAPROCESS: Làm nhiệm vụ phân tích hoạt động trong hệ thống

Nguyên tắc làm việc và cấu tạo của các phần tử chính

a Master Unit

Nguyên tắc làm việc:

Là trung tâm điều khiển và xử lý tín hiệu được sử dụng trong các trạm điện đểthực hiện nhiệm vụ quản lý trạm theo những chức năng như:

- Giám sát điều khiển

- Truy nhập vào các phần tử trong trạm

- Làm một thiết bị đầu cuối cho Telecontrol System

- Điều khiển các thiết bị tuần tự theo các chức năng logic

- Thực hiện các sơ đồ khóa liên động

- Lưu trữ các dữ liệu của hệ thống

- Chỉ thị trạng thái của các thiết bị trong hệ thống

Các thiết bị khác cần để thực hiện những nhiệm vụ khác nhau trong hệ thống( như các I/O Unit, rơ le số…) được nối với Master Unit theo sơ đồ hình tia.Toàn bộ các số liệu, tín hiệu trao đổi giữa Master Unit và các thiết bị này đượcthực hiện qua các cáp quang ( Fiber Optical Cable)

Hình 2.5: Khối Master Unit Cấu tạo

Master Unit được cấu thành từ các Moduls gắn trên bus như:

Modul xử lý: Chứa CPU và bộ nhớ

- Kiểm soát bus truyền dữ liệu

- Kiểm soát các thông số về ngày, tháng, thời gian trong toàn bộ hệ thống.

Modul giao tiếp SK-A

Modul này được dùng để giao tiếp với các I/O Unit khác trong hệ thống Mộtmodul có thể kết nối tới 64 Unit

Modul giao tiếp SK-G

Modul dùng để nối với máy tính và máy in, ta có thể nối được 2 máy tính vàoMaster Unit thông qua các modul này

Modul giao tiếp với Telecontrol LK

Dùng cho việc giao tiếp giữa Master Unit với hệ thống Telecontrol, modul này

có bộ xử lý độc lập để thực hiện những nghi thức truyền khác nhau

Modul chứa các đĩa mềm FL

Các thống số trong hệ thống được lưu lại trên các đĩa mềm và thông qua mộtmodem và phần mềm LSAMAAS ta có thể tiến hành phân tích các thông tin lưutrên đĩa

Các I/O Unit làm nhiệm vụ thu nhận xử lý các tín hiệu số, tương tự gửi các lệnhđiều khiển

Để thực hiện được nhiệm vụ này một mặt I/O Unit được kết nối với Master Unitqua cáp quang mặt khác nó được nối với các CT, VT, tranducer, Rơ le

Các tín hiệu mà I/O Unit thu thập được sẽ được gửi đến Master Unit để xử lýsau đó Master Unit sẽ gửi lại lệnh điều khiển tới I/O Unit rồi tới các đối tượngđiều khiển tương ứng.

Hình 2.6: Khối I/O Unit

I/O Unit có các thành phần chính như sau:

- Các đầu vào số: Dùng để nhận các tín hiệu số như là các tiếp điểm chỉtrạng thái của máy cắt, dao cách ly, vị trí nấc của máy biến áp vv…

- Các đầu ra số: Dùng để truyền lệnh tới các máy cắt, dao cách ly, máybiến áp vv… Tương ứng

- Các đầu vào tương tự: Dùng để nhận tín hiệu tương tự từ CT,VT,

tranducer… Sử dụng cho mục đích đo lường

- Các cổng giao diện bằng cáp quang: Để nối với Master Unit và các rơ

le số

- Ngoài ra I/O Unit cũng có màn hình để thể hiện các thông số đo được

và HT đèn LED chỉ trạng thái tín hiệu số tương ứng với vị trí đóng hay mở củacác thiết bị

2.1.4 Giới thiệu hệ thống điều khiển của trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia

Thiết bị phần cứng:

- Server ứng dụng RANGER-RAS

- Server thu thập dữ liệu RANGER-RDAS

- Server thông tin máy tính RANGER-ICCP

- Server dũ liệu quá trình

- Server mô phỏng thực thi DTS ( Dispatcher’s Training Simulator )RANGER-DTS

- Server màn hình người/ máy – MMC

- Màn hình làm việc – WC

- Màn hình cho mô phỏng hệ thống DTS

- Màn hình phục vụ nhiệm vụ bảo dưỡng, phát triển ứng dụng

- Màn hình phục vụ tác vụ văn phòng, quản lý mạng WAN

- Hệ thống mạng LAN hỗ trợ bởi giao thức TCP/IP

- Các cổng WAN phục vụ phát triển mở rộng trong tương lai

Hệ thống này được xây dựng trên cấu trúc có hệ thống có dự phòng songsong( Primary và backup) đảm bảo độ tin cậy và an toàn cao

Mô tả chức năng các thiết bị:

Server ứng dụng RANGER-RAS

Là trái tim của hệ thống RANGER

- Trạm duy trì CSDL: Đảm bảo đồng bộ dữ liệu đến hệ thống

- Hỗ trợ các hình thức SCADA và chức năng ứng dụng phát triển trongHTĐ

- Quản lý, điều khiển cấu hình và khởi động lại hệ thống

- Hỗ trợ các chức năng quản lý cấu hình với 2 hệ thống: Hệ thống chính và

hệ thống dự phòng với chế độ làm việc “Miroring” – dự phòng song song

Server thu thập dữ liệu RANGER-RDAS

Lắp đặt giữa RAS và các bộ RTU, cung cấp các chức năng dịch vụ để lựa chọn

dữ liệu từ RTU

- Kiểm tra, xác nhận những dũ liệu có giá trị cho hệ thống

- Thông tin các lệnh giám sát đến RTUs

- Nhận và kiểm tra phản hồi các lệnh điều khển giám sát

- Hiển thị, điều khiển đường nối thông tin giữa RTU và RAS

+ Đảm bảo các nhánh thông tin liên tục đến RTU

+ Lập các bản ghi, thống kê lỗi của hệ thống

+ Tự động chuyển thông tin qua những nhánh thông tin với RTU bị lỗi

Hỗ trợ bởi 2 bộ server chính và dự phòng, một hệ thống đồng bộ thời gian thựcđịnh vị vệ tinh toàn cầu-DPS

Server dữ liệu quá trình RANGER

Lựa chọn lưu trữ dữ liệu từ hệ thống RANGER, dữ liệu quá trình được lưu lạidưới nhiều dạng:

- Trạng thái

- Giá trị tương tự

- Giá trị dưới dạng tích lũy

- Dữ liệu được tạo ra dưới dạng liên kết trong cơ sở dữ liệu, nén chúng lạitheo các thuật toán để lưu lại với kích thước nhỏ nhất

Các trạm khách (Hostorian Client cung cấp giao diện MMI đến chức năng quátrình, các trạm chủ dự phòng liên kết với nhau trong một mạng LANs dự phòng

Server ICCP, LAN, WAN

Cung cấp các giao thức mạng LAN, TCP/IP và kết nối WAN

Server và màn hình DTS

Phục vụ chức năng EMS theo thời gian thực trong hệ thống điện, và mô phỏng,tái tạo làm việc của hệ thống, hướng dẫn cho người vận hành và các nhà phân

tích phản ứng của hệ thống trong những trường hợp tương tự, đưa ra đượcphương thức vận hành tối ưu Trong chế độ thời gian thực sẽ hiển thị biểu diễn

và hướng dẫn các thủ tục thao tác

Các chức năng của hệ thống SCADA/EMS chạy trên DTS như:

- Tự động điều khiển tổ máy phát

- Tính toán hiệu quả kinh tế

- Lập kế hoạch

- Dự báo nhu cầu tải

- Xử lý các tình thế hệ thống

- Điều khiển và tối ưu các luồng công suất

- Tính toán các hệ số chết trong hệ thống(Fenalty Factor)

- Tính toán ngắn mạch hệ thống

- Các chức năng SCADA cơ bản khác

Các hệ thống màn hình làm việc Workstation Console, Maintain, Engineering,WAN communication…

Cung cấp các giao diện người dùng của hệ thống RANGER, tạo khả năng lựachọn phương thức bảo vệ và điều khiển hệ thống, cung cấp nhiều dịch vụ ứngdụng phát triển khác…

Cấu trúc phần mềm RANGER

Cung cấp chức năng SCADA và hỗ trợ các chức năng phát triển ứng dụng trongHTĐ theo quan điểm cấu trúc:

- Có nhiều trung tâm xử lý phân tán

- Có nhiều tác vụ JOBs chạy trên một bộ xử lý trung tâm

Khả năng khai thác trên hệ thống này tại Việt Nam

Hệ thống SCADA các điều độ miền đã va đang sử dụng, cung cấp dữ liệu vàthực thi hoạt động toàn điện trên toàn hệ thống lớn

Hình 2.7: Hệ thống SCADA điều độ trung ương Ao: Ranger – Bailey ( ABB )

Các hệ thống điều khiển giám sát và quản lý thông tin trong hệ thống điện gồmcó: SCADA, EMS, DMS, BMS

2.2 Giới thiệu các hệ thống điều khiển giám sát

2.2.1 SCADA: (Supervisory control and data acquisition) thu thập và hiển thị

các dữ liệu

SCADA được phát triển từ thế hệ điện cơ đến điện tử tương tự rồi kỹ thuật số.Thông tin dữ liệu từ các phần tử được thu thập qua RTU rồi thông qua mạngthông tin đến trung tâm điều độ hệ thống điện

Theo mức độ chi tiết thông tin có thể khác nhau:

- Dữ liệu vận hành: Điện áp các nút chính; dòng điện trên các phần tử

Nhân viên điều hành: Trực tiếp theo dõi và đưa ra các dữ liệu cần xử lý

vào hệ thống máy tính và từ đó theo kết quả nhận được nhân viên điều hành trựctiếp ra lệnh điều khiển

Trên thế giới: Từ năm 1960 phát triển hệ thống SCADA kỹ thuật số

Việt Nam: Từ năm 1980

SWITCHES V24

ITE 4

ITE 5

ITE 6

ITE 7

ITE 8

ITE 9

ITE 10

ITE 11

ITE 12

ITE 13

ITE 14

ITE 15

PROCETT2 HP486 HPRC33

MONITOR KEYBOARD MOUSE P.PRINTER

1200

3*4800 1200b/s

Hình 2.8: Hệ SCADA trung tâm điều độ Hệ Thống Điện

RTU: Các thiết bị thu thập số liệu là thiết bị đo xa đặt tại các trạm 220kV,500kV và các nhà máy điện

ITE: Nối với 15 RTU qua MODEMS, là vi điều khiển

Hệ thống máy chủ trung tâm Procett 1,2,3 làm nhiệm vụ thu thập số liệu củatoàn bộ các RTU, xử lý thông tin và sau đó ra lệnh điều khiển tương ứng cáctrạm và các nhà máy

2.2.2 EMS: (Energy Management System) Hệ thống điều hành quá trình năng

lượng

Các thông tin thu thập được truyền trực tiếp vào hệ thống máy tính điều

khiển Hệ thống máy tính được trang bị các chu trình chuyên dùng để giải quyếthai bài toán chính: Bài toán giải tích lưới điện và bài toán tối ưu hóa các chế độlàm việc

Bài toán giải tích lưới điện

Tính phân bố ( trào lưu ) công suất trên lưới → điện áp các nút, tổn thất côngsuất tác dụng, phản kháng, tổn thất điện năng……

Tính toán ngắn mạch → cập nhật trong quá trình phát triển và thay đổi cấu hình

hệ thống điện

Tính dòng và áp trên các phần tử, nút chủ yếu của hệ thống điện và kiểm tra khảnăng chịu được dòng ngắn mạch của thiết bị và các phần tử trong hệ thống điện

→ đề xuất nhu cầu thay thế

Tính ổn định của hệ thống điện: Xác định giới hạn → độ dự trữ về ổn định → đềxuất các giải pháp để năng cao ổn định cho hệ thống điện

Tối ưu hóa chế độ vận hành

- Chế độ phát và phân bố công suất giữa các tổ máy (NMĐ) trong hệ thống điện

→ phương thức huy động nguồn

Dự báo phụ tải (Ngắn hạn, trung hạn)

Ngắn hạn: 15 phút, giờ, ngày, tuần → phục vụ điều hành trong thời gian thực Trung hạn: Tháng, quý, năm → phục vụ cho các kế hoạch chuẩn bị nhiên liệu,

kế hoạch sửa chữa đại tu thiết bị → dự báo kết hợp thông tin về thời tiết khí hậu,thị trường

- V/h tối ưu lưới điện Min (Loss)

Tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, tổn thất điện năng nhỏ nhất

Min(cost) → Độ tin cậy: Thiết hụt điện năng do lưới điện kém tin cậy

- Chỉ tiêu chất lượng điện năng

Thế giới → cuối thế kỷ 20 hoàn tất EMS

EMS bao gồm: Thu nhận thông tin, tính toán, ra quyết định → trực tiếp điềukhiển thiết bị ( đối tượng) trong hệ thống điện Tất cả 4 quá trình trên do máytính điều khiển

Nhân viên điều hành có nhiệm vụ theo dõi, giám sát và chỉ can thiệp khi cầnthiết

EMS → tương thích giữa hệ điều hành ↔ hệ thực hiện

Phần cứng: Các thiết bị được chuẩn hóa

Phần mềm: phải có tiếng nói chung trong hệ thống điều khiển

2.2.3 DMS: (Distribution Management System) hệ thống phân phối và quản lý

Quá trình quản lý dữ liệu phân tán

Dữ liệu hệ thống điện: Nhiều lĩnh vực ít liên quan nhau

- Khảo sát: Địa chất, khí tượng, thủy văn

- Thiết kế: Tiêu chuẩn, định mức, thông số, tính năng…

- Xây dựng…

- Vận hành…

- DMS → quản lý nhu cầu

2.2.4 BMS: (Business Management System) hệ thống quản lý kinh doanh

Quản lý sản xuất kinh doanh

Các yêu cầu chung đối với RTU được nêu ra trong mục này

RTU sẽ liên lạc với trạm chủ (NRLDC) bằng giao thức IEC60 870-5-101 Khảnăng ghi nhận chuỗi sự kiện (SOE) sẽ được thực hiện trong RTU RTU sẽ liênlạc với hệ thống SCADA/EMS thông qua một tổ hợp các đường thông tin tải ba(PLC), viba (MW) và cáp quang (FO) RTU sử dụng bộ vi xử lý 32 bít như mộtthiết bị logic cơ sở, cung cấp các giao diện với kênh thông tin và cung cấp mộtgiao diện điện theo đúng chuẩn công nghiệp với các thiết bị điện tại trạm.Chương trình trong RTU sẽ được lưu vĩnh cửu trong bộ nhớ Flash-RAM Cácchương trình này không đòi hỏi phải nạp lại do sự cố mất điện Có khả năngthay đổi firmware khi nâng cấp hoặc thay đổi giao thức bằng cách nạp giao thứcmới hoặc sửa lại firmware Để cho phép cấu hình đường truyền mở rộng trongtương lai, RTU phải có địa chỉ phần cứng có thể chọn lựa trong dải từ 1 đến 255.RTU được thiết kế theo các tiêu chuẩn IEC, nếu không thì sẽ được chỉ ra trongđặc tính kỹ thuật Ngoài tiêu chuẩn IEC, thiết bị RTU sẽ phải đáp ứng các tiêuchuẩn khác như IEEE, ANSI, NEMA Các đầu vào và đầu ra RTU bao gồm cácđường thông tin và đường cấp nguồn sẽ được cung cấp với sự bảo vệ đáp ứngđược hoặc vượt quá các yêu cầu kiểm tra thí nghiệm đã được xác định đối vớithiết bị loại II và B, như đã đưa ra trong tiêu chuẩn IEC-255-4 RTU sẽ đượctrang bị một hệ thống cấp nguồn Hệ thống này lấy nguồn từ ắc qui 48VDC tạitrạm cung cấp chung cho thiết bị thông tin và SCADA

2.3 Thiết bị xử lý

RTU sẽ dựa trên cơ sở thiết bị xử lý Bộ xử lý của RTU nhận các lệnh nhậnđược từ trạm chủ, thực hiện công việc nhận diện địa chỉ, chuẩn bị các thông điệptrả lời đúng với các thông điệp lệnh đã nhận được và gửi các thông điệp này đến

trạm chủ Bộ xử lý thực hiện việc thu thập dữ liệu và tiến hành thực hiện các yêucầu điều khiển.

Bộ xử lý sẽ đồng thời gửi thông tin chuẩn đoán trong cấu trúc thông điệp, máytính tại trạm chủ sẽ giám sát cấu trúc thông điệp này Khi RTU thực hiện thaotác khởi động vì bất kỳ lý do gì kể cả hỏng hóc về nguồn điện thì một cờ hiệu sẽđược đặt ra

Việc tắt RTU để bảo dưỡng sẽ được xem như là mất điện

Tất cả dữ liệu cấu hình của RTU có thể tải xuống từ trạm chủ Mọi dữ liệu cầnthiết đối với RTU sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của trạm chủ thông qua cáccông cụ công nghệ dữ liệu thông thường

2.4 Giao diện kết nối

Việc kết nối giữa các thiết bị thu thập dữ liệu với trung tâm điều khiển, với cácthiết bị điện tử thông tin, cấu tạo các đầu vào đầu ra và các yêu cầu của RTUđược trình bày dưới đây

2.4.1 Kết nối với trung tâm điều khiển

RTU sẽ cung cấp một modem bên ngoài và các giao diện dành cho dữ liệu thôngtin tốc độ từ 1200bps Modem đồng bộ hoặc với RS232, RS422 hoặc giao diệntrực tiếp TTL Thời gian quay vòng thông điệp yêu cầu gửi, làm rõ khi gửikhông vượt quá 12ms Modem được lắp đặt trong tủ RTU và được cấp nguồn từ

bộ sạc ắc qui 48VDC bằng một áp tô mát riêng biệt với nguồn của RTU

Modem làm việc theo chế độ thuê bao Đường thuê bao là loại 4 dây, có một cặptruyền và một cặp nhận Modem tại trạm được chỉ định như là một modem hồiđáp hoặc một Modem tớ trong lúc Modem tại NRLDC được chỉ định như làmột Modem chủ

Hoặc Modem nguồn

Hai kiểu giao thức được sử dụng để thực hiện việc thông tin giữa hai Modem:Sửa lỗi (MNP4 hoặc V42), nén dữ liệu (MNP5 hoặc V42 bis)

RTU có hai cổng thông tin và cả hai cổng sẽ hỗ trợ giao thức IEC60 870-5-101.Ngoài ra, RTU sẽ có một cổng nối tiếp RS-232 dùng cho mục đích duy trì bảodưỡng.

2.4.2 Kết nối với trung thiết bị IEDs

RTU có khả năng hỗ trợ cổng giao tiếp kết nối với thiết bị điện tử thông tin như

bộ đo đếm điện năng, rơ le, các bộ đồng hồ đa năng thông qua các giao thứctruyền tin IEC60870-5-103, Modbus, IEC61850

2.4.3 Đầu vào/ Đầu ra

Nhà thầu sẽ cung cấp tất cả phần cứng cần thiết đáp ứng các yêu cầu ban đầu,bao gồm các rơ le đầu ra, các card trạng thái (digital), card tương tự (analog), vàcác card tích lũy xung RTU được chừa ra một khoảng không gian đủ để dànhcho giá và đế và để hỗ trợ cho các yêu cầu mở rộng tối đa Các RTU sẽ đượcđấu nối trước đối với các cấu hình cơ sở và các điểm trong tương lai không đượccấp từ đầu có thể thực hiện được một cách đơn giản chỉ bằng cách đơn thuần bổsung các card và các đầu cuối

Các phương tiện xử lý vào/ ra chứa trong RTU sẽ bao gồm:

1 Đầu vào analog

2 Đầu vào số- trạng thái

3 Đầu vào số- Bộ tích lũy xung

4 Đầu vào số- SOE

5 Đầu vào số - điều khiển thiết bị trạng thái

6 Đầu vào số - jog control

7 Chuyển mạch tại chỗ/ từ xa

8 Các cổng vào/ ra nối tiếp

9 RTU bao gồm các thiết bị chuyển đổi từ tương tự sang số cần thiết đểđáp ứng tốc độ chuyển đổi tương tự cần thiết thỏa mãn các yêu cầu quét củatrạm chủ

10.Bộ chuyển đổi tương tự - số phải có độ phân giải tín hiệu số tối thiểu+11 bit cộng dấu Dải dòng điện đầu vào là ± 20mA, mức mở rộng là 5% dunglượng dải Độ chính xác sẽ là 0,1% trên toàn dải Đầu vào đối với hệ thốngchuyển từ analog sang số có các đặc tính loại trừ tạp âm ở chế độ bình thườngtối thiểu 100dB từ 0 đến 50Hz Sự loại trừ tạp âm ở chế độ bình thường tối thiểu

là 60dB ở tần số 50Hz Toàn bộ các đặc tính loại trừ và dung sai độ chính xác sẽbao gồm tất cả những ảnh hưởng của các bộ biến trở, bộ khuếch đại, và các thiết

bị chuyển đổi tín hiệu được sử dụng giữa giá trị tại các đầu cuối đầu vào và giátrị được chuyển đổi cuối cùng

11 Các kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu và thiết bị biến đổi được sử dụng sẽkhông làm giảm sự chính xác và các đặc tính miễn giảm tạp âm Bộ khuếch đạiđầu vào của thiết bị chuyển đổi tương tự - số sẽ được bảo vệ để chống lại nhữngthay đổi liên tục của sự tăng vọt điện cảm biến Sự miễn giảm tạp âm về điệnphải đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu sau:

- Sự chịu đựng ứng suất về điện ( theo tiêu chuẩn IEC 255-4): Tối đa

5kV, 1.2/50s

- Điện áp quá độ( theo tiêu chuẩn IEC 801-4): 2kV

- Nhiễu cao tần( theo tiêu chuẩn IEC 255-22-1): Đầu vào 2.5 kV đối với

vở, 1kV qua đầu vào

- Điện áp tĩnh điện( theo tiêu chuẩn IEC 801-2): 15kV

- Nhạy cảm với RFI( theo tiêu chuẩn IEC801-3): 10v/mét, 50kHz đến

1000kHz

12.Bộ chuyển đổi tương tự - số điện áp 12V là loại mạch tích hợp cao cấpkiểu số Mỗi board có một thiết bị xử lý có nhiệm vụ giám sát các chức năng củaboard Cờ hiển thị chất lượng sẽ được chuyển đến trạm chủ đối với mỗi kênhđược đấu nối vào board

Các yêu cầu đối với đầu vào số

Tất cả các mạch đầu vào của các module đầu vào số sẽ được cách ly về

điện với tín hiệu bên ngoài Các kỹ thuật cách ly kiểu quang học sẽ được sửdụng thông qua RTU để bảo vệ mạch đầu vào số Mỗi mạch đầu vào sẽ bao gồmmột chỉ báo LED hiển thị trạng thái của các công tắc đầu vào Mỗi chỉ báo sẽđược bố trí gần chỗ đấu dây của đầu vào tương ứng

Điện áp điều khiển vào đến các công tắc phụ của máy cắt và các thiết bị

khác sẽ được cấp nguồn từ nguồn điện áp cách ly của RTU Điện áp làm việccủa RTU sẽ là 48Vdc Việc bảo vệ mạch điện để hạn chế khả năng bị ảnh hưởngbởi tác hại trầm trọng do ngắn mạch gây ra trên các công tắc thiết bị và trên cácmạch đầu vào sẽ được bao gồm trong RTU

Có hai loại điểm trạng thái sẽ được hỗ trợ:

1 Điểm trạng thái 2 bít

2 Điểm trạng thái 1 bít

RTU phải có khả năng phát hiện và thông báo về trạm chủ rằng có hai hoặcnhiều thay đổi trạng thái đã diễn ra trong thời gian lấy mẫu cuối cùng không liênquan đến trạng thái hện tại của thiết bị Các ví dụ về những chuỗi thay đổi trạngthái phải được bao gồm liên quan:

1 Đóng, cắt – đóng

2 Cắt, đóng – cắt

3 Đóng, cắt – đóng – cắt

4 Cắt, đóng – cắt – đóng

Đầu vào số trạng thái hai bít

Các đầu vào trạng thái hai bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái thiết bị Các đầu vào trạng thái sẽ được lọc một cách phù hợp để việc chỉ báo hiện tại thực luôn được truy xuất theo yêu cầu Trạng thái của những thiết bị đó sẽ sẵn sàng hữu dụng thông qua việc sử dụng một cặp công tắc dưới dạng của một công tắc a và b Các công tắc này hoạt động như sau:

Đang di chuyển Mở Mở

Đối với các thiết bị di chuyển nhanh, có hai công tắc mở trong một khoảng thờigian ngắn thể hiện có sự hỏng hóc về thiết bị Đối với thiết bị di chuyển chậm,trạng thái đang di chuyển là trạng thái có giá trị Trạm chủ sẽ phân biệt sự khácnhau giữa hai loại thiết bị này

Đầu vào số - trạng thai 1 bít

Các đầu vào trạng thái một bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái của cácthiết bị khác và những cảnh báo Tuy nhiên, chỉ có một công tắc được sử dụngđối với đầu vào trạng thái

Đầu vào số - các yêu cầu tích lũy xung

Xung từ các công tắc của đồng hồ sản lượng sẽ được xử lý để lưu trữ dưới dạng

số các xung đã được tích lũy giữa các giai đoạn thu thập tiêu chuẩn Đầu vào các

bộ tích lũy sẽ được đóng một cách có chọn lựa, công tắc 2 dây hoặc 3 dây đi ra

từ thiết bị của chủ đầu tư – một vòng 2 nhịp

Các bộ tích lũy sẽ được cung cấp với dung lượng đăng ký 16 bit Vận tốc tối đaxung đầu vào sẽ là 10 nhịp trên giây Các kỹ thuật lọc và các kỹ thuật khác sẽđược thực hiện để tránh các nhịp sai do nhảy công tắc đầu vào

RTU sẽ hồi đáp lệnh đóng băng từ trạm chủ Khi nhận lệnh này, các bộ tích lũy

sẽ chuyển nội dung vào trong thanh ghi và tiếp tục tích lũy các xung đo màkhông cài đặt lại Dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi sẽ được giữ lại đểchuyển vào máy tính Các yêu cầu đọc sẽ không cài đặt lại thanh ghi Khả năngphát và nhận tín hiệu đóng băng bên ngoài thông qua đầu ra điều khiển và đầuvào trạng thái tương ứng sẽ được cung cấp

Các bộ tích lũy xung sẽ cuốn từ nhịp tối đa đến 0 và tiếp tục đếm Trạm chủ sẽtính vòng tròn của nhịp

Đầu vào số - chuỗi sự kiện SOE

RTU được thiết kế và cấu hình hỗ trợ cho SOE

RTU có một đồng hồ bên trong có khả năng duy trì độ chính xác của thời gianlên đến ±1 micro giây trong khoảng thời gian 15 phút Đồng hồ của RTU đượccài đặt định kỳ thông qua nguồn đồng bộ thời gian bên ngoài sau đây, như mãthời gian nhận được từ trạm chủ.

RTU cho phép SOE được kích hoạt và loại bỏ kích hoạt trên cơ sở RTU sử dụngthông điệp lệnh

RTU có bộ đệm để lưu trữ các đầu vào SOE Kích cỡ bộ đệm tối thiểu tươngđương số các điểm SOE có thể có trong RTU nhưng không ít hơn con số 256 sựkiện RTU sẽ đặt một cờ hiệu trong thông điệp hồi đáp của bất kỳ một thông tinnào từ trạm chủ chỉ báo có dữ liệu SOE Trạm chủ sau đó yêu cầu dữ liệu SOE

Dữ liệu SOE sẽ không bị hủy bỏ trừ phi được hủy bỏ trực tiếp từ trạm chủ Dữliệu SOE, nếu không được hủy bỏ một cách đặc biệt sẽ được ghi đè lên khi bộđệm đầy những dữ liệu cũ nhất đang được ghi đè RTU có khả năng tải lại tất cả

dữ liệu SOE hiện có trong bộ nhớ nếu cần

Tất cả đầu vào sẽ là những tiếp điểm do chủ đầu tư cung cấp và có thể ao gồmmột số đầu vào không được quét như là một phần của sự quét trạng thái thôngthường ( một số điểm chỉ là những điểm trạng thái, một số điểm là SOE, và một

số điểm vừa là trạng thái vừa là SOE

2.4.4 Đầu ra số

Đầu ra số - điều khiển thiết bị hai trạng thái

RTU có khả năng đưa ra những điều khiển giám sát hai trạng thái RTU đượcthiết kế sao cho chỉ một đầu ra được kích hoạt tại một thời điểm Phương phápchọn lựa trước khi thao tác được sử dụng Thời gian tối đa RTU chờ đợi giữanhận một lệnh chọn lựa điều khiển và lệnh kích hoạt sẽ là 0,1 và 5 giây trong sựgia tăng 0,1 giây Nếu lệnh kích hoạt không nhận được trong khoảng thời giancài đặt sẵn, thì thao tác sẽ phải kết thúc Việc cài đặt tại xưởng sẽ là 1 giây

RTU sẽ cung cấp nguồn để vận hành các rơ le đầu ra có công suất thấp; các rơ leđầu ra được sử dụng để vận hành các rơ le trung gian bên ngoài do chủ đầu tưcung cấp, các rơ le này được cấp điện từ nguồn 48 VDC Sự an toàn cho đầu ra

số sẽ đáp ứng các yêu cầu như đã nêu trong thông số

Rơ le đầu ra điều khiển được yêu cầu cho mỗi hướng điều khiển đối với mộtthiết bị Mỗi rơ le đầu ra như vậy sẽ cung cấp công tắc cho một chu kỳ có thểcấu hình Thời gian đóng sẽ là từ 0,1 đế 5 giây gia tăng mỗi lần 0,1 giây, có thểcài đặt bởi tham số phần mềm được tải xuống từ trạm chủ

Mỗi Rơ le đầu ra có tối thiểu 2 dạng công tắc a và hai dạng công tắc b hoặc tốithiểu hai dạng công tắc

Đầu ra số- jog control

Đầu ra jog control sẽ được cung cấp để điều khiển vị trí nấc phân áp máy biến

áp và các thiết bị tương tự khác Đầu ra Jog-control sẽ cung cấp các đầu ra côngtắc cao và thấp hơn đối với mỗi điểm đã được điều khiển và sẽ có các công tắc

có thể điều chỉnh một cách riêng lẻ Thời gian đóng có thể điều chỉnh từ 0,1 và 5giây với mức gia tăng 0,1 giây Các công tắc sẽ được phân loại như đã xác địnhcho các đầu ra số hai trạng thái

Đầu ra số- chuyển mạch tại chỗ/từ xa

Một khóa chuyển mạch tại chỗ/ từ xa sẽ được cung cấp trong RTU Khi chuyểnmạch ở vị trí từ xa, trạm chủ phải có sự điều khiển của các đầu ra điều khiển số.Khi chuyển mạch ở vị trí tại chỗ, các đầu ra điều khiển số không thể xảy ra.Chuyển mạch sẽ gián đoạn điện áp thanh cái ở đầu cao nguồn điện để tránh cuộn

rơ le khỏi bắt điện Công tắc đầu vào trạng thái sẽ sẵn sàng hữu dụng để giámsát vị trí chuyển mạch này

2.4.5 Nguồn điện cho RTU

RTU sẽ được trang bị nguồn điện lấy từ ắc quy tại trạm Nguồn điện cấp choRTU sẽ cung cấp điện cần thiết đễ hỗ trợ cho việc thông tin của RTU, xử lý