Tự động hóa cho trạm biến áp tân phú 3 320kVA 350,4kv bằng PLC s7 300

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TẠ DUY HIỂN TỰ ĐỘNG HÓA CHO TRẠM BIẾN ÁP TÂN PHÚ -320kVA-35/0,4kV BẰNG PLC S7-300 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TẠ DUY HIỂN TỰ ĐỘNG HÓA CHO TRẠM BIẾN ÁP TÂN PHÚ -320kVA-35/0,4kV BẰNG PLC S7-300 Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Phan Xuân Minh Hà Nội - 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Tạ Duy Hiển Đề tài luận văn: Tự động hóa cho trạm biến áp Tân Phú -320kVA35/0,4kV PLC S7-300 Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa Mã số HV: CA140406 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Tác giả luận văn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học GS.TS Phan Xuân Minh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Bách khoa Hà Nội không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Tác giả luận văn Tạ Duy Hiển MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TBA TÂN PHÚ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển giám sát Trạm biến áp Tân Phú 1.1.1 Giới thiệu trạm biến áp Tân Phú 1.1.2 Hệ thống thiết bị TBA 1.1.3 Nguyên lý hoạt động 1.2 Các toán điều khiển với TBA 1.2.1 Bài toán điều khiển máy cắt 1.2.2 Bài toán điều khiển dao cách ly 1.2.3 Bài toán điều khiển vận hành máy biến áp 1.2.4 Bài toán phân phối phụ tải 1.3 Hiện trạng hệ thống điều khiển giám sát trạm biến áp Tân Phú 11 1.3.1 Hệ thống điều khiển đóng cắt 11 1.3.2 Hệ thống thiết bị đóng, cắt TBA 11 1.3.3 Hệ thống giám sát 11 1.4 Kết luận chương 12 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7300, PHẦN MỀM SETP 7, WINCC 13 2.1 Thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-300 Simen 13 2.1.1 Giới thiệu 13 2.1.2 Các modul PLC S7-300 13 2.1.3 Trao đổi liệu CPU module mở rộng 19 2.1.4 Mạng Truyền Thông Bus 19 2.1.5 Mạng Module 20 2.1.6 Địa vào số cấu trúc nhớ 22 2.1.7 Ngôn ngữ lập trình 25 2.1.8 Qui trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC 26 2.2 Phần mềm Step 28 2.2.1 Giới thiệu 28 2.2.2 Thực dự án Step 29 2.3 Phần mềm WIN CC 32 2.3.1 Giới thiệu: 32 2.3.1 Thực dự án WinCC 33 2.4 Kết luận chương 40 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO TBA TÂN PHÚ 41 3.1 Tổng hợp hệ thống điều khiển 41 3.1.1 Xác định yêu cầu hệ thống 41 3.1.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển 41 3.1.3 Bố trí địa vào/ra cho PLC 42 3.1.4 Lựa chọn phần cứng: 45 3.1.5 Chương trình điều khiển trạm biến áp Tân Phú 45 3.2 Thiết kế hệ thống giám sát phần mềm WinCC 45 3.3 Kết luận chương 46 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2-1 Hệ thống kết nối PLC với PC qua cáp MPI 13 Hình 2-2: Modul CPU .14 Hình 2-3: Sơ đồ bố trí trạm PLC( S7-300) 15 Hình 2-4: Modul ghép nối IM360 IM361 18 Hình 2-5: Thanh Rack .18 Hình 2-6: Sơ đồ tổng quát trạm PLC S7-300 .18 Hình 2-7: Truyền thông máy tính, PLC cấu chấp hành 19 Hình 2-8: Sơ đồ kết nối mạng MPI 20 Hình 2-9: Sơ đồ kết nối mạng PROFIBUS .20 Hình 2-10: Mô hình mạng AS-I công nghiệp 21 Hình 2-11: Sơ đồ kết nối mạng P-to-P Link .21 Hình 2-12: Sơ đồ kết nối mạng Industrial Ethernet công nghiệp .22 Hình 2-13: Địa vào modul số .22 Hình 2-14: Ví dụ kiểu lập trình LAD 25 Hình 2-15: Ví dụ kiểu lập trình FBD 25 Hình 2-16: Ví dụ kiểu lập trình STL 26 Hình 2-17: Ngôn ngữ tối ưu 26 Hình 2-18: Qui trình thiết kế hệ thống điều khiển tự động 27 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng hệ thống lượng Cùng với phát triển hệ thống lượng điện quốc gia, dẫn đến ngày xuất nhiều nhà máy điện trạm biến áp có công suất lớn Việc giải đắn vấn đề kinh tế, kỹ thuật thiết kế, xây dựng vận hành chúng mang lại lợi ích không nhỏ kinh tế quốc dân nói chung ngành công nghiệp điện nói riêng Để đảm bảo cho việc cung cấp điện tốt đòi hỏi phải xây dựng hệ thống gồm khâu sản xuất, truyền tải phân phối điện hoạt động cách thống với Trong đó, trạm biến áp mắt xích đóng vai trò quan trọng hệ thống điện muốn truyền tải điện xa giảm điện áp xuống thấp cho phù hợp với nơi tiêu thụ ta dùng biến áp kinh tế thuận tiện Các thiết bị lắp đặt trạm biến áp thiết bị đắt tiền, so với đường dây tải điện xác suất xảy cố trạm biến áp thấp hơn, nhiên cố trạm gây lên hậu nghiêm trọng không loại trừ cách nhanh chóng xác Sự cố thường ngắn mạch, tải, trạm biến áp có dạng cố khác xảy máy biến áp rò dầu, bão hòa mạch từ v.v Nguyên nhân cố, hư hỏng thiên tai bão lũ, hao mòn cách điện, tai nạn ngẫu nhiên, thao tác nhầm.v.v Từ lý công việc tác giả luận văn, đề tài nghiên cứu đặt tên là: “Tự động hóa cho trạm biến áp Tân Phú 3-320kVA-35/0,4kV PLC S7-300” với mục đích sâu nghiên cứu ứng dụng PLC S7 - 300 vào hệ thống tự động hóa trạm Mục đích nghiên cứu: Đề tài đặt mục tiêu xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho TBA Tân Phú - 35/0,4kV xã Tân Phú - Huyện Tân Sơn - Tỉnh Phú Thọ Qua đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp TBA sử dụng công nghệ cũ lạc hậu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: Trạm biến áp phân phối hạ áp lạc hậu dẫn đến độ tin cậy cung cấp điện thấp Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập chung nghiên cứu để ứng dụng PLC S7 - 300 vào điều khiển giám sát cho TBA phân phối Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết xây dựng hệ thống điều khiển giám sát trạm biến áp phân phối hạ áp Cấu trúc Luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung luận văn chia thành chương: Chương 1: Tổng quan TBA Tân Phú vấn đề điều khiển trạm biến áp lưới điện phân phối Chương 2: Tìm hiểu hệ SIMATIC S7-300 Chương 3: Tổng hợp hệ thống điều khiển giám sát vận hành TBA Tân Phú CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TBA TÂN PHÚ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển giám sát Trạm biến áp Tân Phú 1.1.1 Giới thiệu trạm biến áp Tân Phú TBA Tân Phú TBA cấp điện cho dây truyền tuyển quặng sắt công ty Bắc Việt Toàn trạm biến áp đặt mặt 9x5,5(m) Trong trạm bao gồm thiết bị: Máy cắt điện, dao cách ly, sứ cách điện, chống sét van, chống sét ống, máy biến áp lực, biến dòng điện, biến điện áp, cột chiếu sáng chống sét phần tử bảo vệ Năm 2014 sau bổ xung thêm dây truyền sản xuất Công ty nâng công suất MBA 320kVA - 35/0,4kV lên 1000kVA - 35/0,4kV 1.1.2 Hệ thống thiết bị TBA Các vẽ hệ thống thiết bị TBA chi tiết hóa phụ lục Các thiết bị có hệ thống điện bao gồm: + MBA 1000kVA-35/0,4kV(thay MBA 320kVA-35/0,4kV) + Máy cắt cao loại 3AF0143 - 40,5kV, 630A, Ik=25kA Simens + Máy cắt hạ loại LG-1600A + 03 cầu dao trời loại DN-35kV-630A + 03 biến dòng BD-385-1-M-1TS-DN, 35kV, 50/5A, Việt nam + 03 biến dòng BD-385-1-M-1TS-DN, 35kV, 30/5A, Việt Nam + 03 Biến điện áp PT-38,5-1PĐ-DN, 35000:√3/100: √3/100, VN sản xuất + Chống sét van cooper 40,5kV + Các Attomat lộ + Attomat cấp nguồn dự phòng máy phát 1.1.3 Nguyên lý hoạt động Sơ đồ nguyên lý chi tiết hoạt động hệ thống để Phụ lục Phụ lục 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động rút gọn TBA Tân Phú 50 Phụ lục 3: Chương trình điều khiển cho TBA Tân Phú 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 Phụ lục 4: Giao diện chương trình giám sát trạm biến áp Tân Phú 64 ... - TẠ DUY HIỂN TỰ ĐỘNG HÓA CHO TRẠM BIẾN ÁP TÂN PHÚ -320kVA-35/0,4kV BẰNG PLC S7-300 Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN... TBA TÂN PHÚ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển giám sát Trạm biến áp Tân Phú 1.1.1 Giới thiệu trạm biến áp Tân Phú TBA Tân Phú TBA cấp điện cho dây truyền... nghiên cứu đặt tên là: Tự động hóa cho trạm biến áp Tân Phú 3-320kVA-35/0,4kV PLC S7-300 với mục đích sâu nghiên cứu ứng dụng PLC S7 - 300 vào hệ thống tự động hóa trạm Mục đích nghiên cứu: