Tiểu luận môn học Scada: Trạm biến áp điều khiển từ xa và thiết bị điện tử thông minh

Trạm biến áp là một phần của thế hệ thống điện gồm nguồn phát, truyền tải và phân phối. Trạm biến áp biến đổi điện áp từ cao đến thấp, hoặc ngược lại, hoặc thực hiện một số chức năng quan trọng khác. Giữa nguồn và phụ tải, năng lượng điện có thể truyền qua nhiều trạm biến áp ở các cấp điện áp khác nhau.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ -o0o - BK TP HCM TIỂU LUẬN MÔN HỌC SCADA TRẠM BIẾN ÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ THÔNG MINH GVHD: PGS TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT HVTH: ĐẶNG XUÂN QUANG MSHV: 12180119 TP HỒ CHÍ MINH, 5/2014 Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh Nội dung Giới thiệu chung 1.1 Trạm biến áp 1.2 Phân loại trạm biến áp 1.3 Phân cấp quản lý lưới điện Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh 2.1 Trạm biến áp điều khiển từ xa 2.2 Quy định EVN “Xây dựng quản lý vận hành thiết bị scada trạm biến áp nhà máy điện” 2.2.1 Giao thức truyền tin 2.2.2 Cổng kết nối liệu 2.2.3 Danh sách liệu .7 2.2.4 Điều khiển thiết bị 2.2.5 Thiết lập chế độ điều khiển từ xa .8 2.3 Thiết bị đầu cuối thiết bị điều khiển lập trình 2.3.1 Thiết bị đầu cuối (RTU) .8 2.3.2 Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) 2.3.3 So sánh RTU PLC .10 2.4 Thiết bị điện tử thông minh (IED) 10 2.4.1 Định nghĩa 10 2.4.2 Các chức IED .12 2.4.2.1 Bảo vệ .12 2.4.2.2 Điều khiển 13 2.4.2.3 Giám sát 13 2.4.2.4 Đo lường 13 2.4.2.5 Giao tiếp 14 Hệ thống SCADA số trạm Việt Nam 14 3.1 Hệ thống SCADA trạm biến áp 110kV Vinacraft 14 3.1.1 Tổng quan 14 3.1.1.1 Đặc điểm cơng trình tính cần thiết hệ thống SCADA 14 3.1.1.2 Hệ thống SCADA Trung tâm Điều độ HTĐ miền Nam – A2 15 3.1.2 Giải pháp công nghệ 15 Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thơng minh 3.1.2.1 Các tiêu chí chọn lựa mơ hình RTU 15 3.1.2.2 Giải pháp kỹ thuật để ghép nối hệ thống SCADA trạm 110kV Vinakraft vào hệ thống SCADA 15 3.1.3 Cấu hình đặc tính kỹ thuật hệ thống SCADA .18 3.1.3.1 Thiết bị RTU 18 3.1.3.2 Transducer đa chức lập trình 19 3.1.3.3 Transducer thị vị trí nấc máy biến áp 19 3.2 Hệ thống SCADA trạm biến áp AMATA .20 3.2.1 Tổng quan 20 3.2.1.1 Tại TBA Amata .20 3.2.1.2 Tại TBA Amata .21 3.2.2 Thiết bị trung tâm SCD5200 21 3.2.2.1 Tại TBA Amata .22 3.2.2.2 Tại TBA Amata .22 3.2.3 Transducer đa HC6600 23 3.2.3.1 Tại TBA Amata .23 3.2.3.2 Tại TBA Amata .23 3.2.4 TAP POSITION Transducer M100 23 3.2.5 Modem quang 4xE1+4xETH Fiber Multiplexer 24 3.2.6 Ethernet Media Converter 24 3.2.7 Serial2Fiber Converter .24 3.3 Hệ thống SCADA trạm 110kV Thị Nghè 24 3.4 Hệ thống SCADA trạm 500kV Sông Mây 25 Kết luận 26 Tài liệu tham khảo 26 Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh Giới thiệu chung 1.1 Trạm biến áp Trạm biến áp phần hệ thống điện gồm nguồn phát, truyền tải phân phối Trạm biến áp biến đổi điện áp từ cao đến thấp, ngược lại, thực số chức quan trọng khác Giữa nguồn phụ tải, lượng điện truyền qua nhiều trạm biến áp cấp điện áp khác Hình – Trạm biến áp hệ thống điện 1.2 Phân loại trạm biến áp Trạm biến áp phân thành loại điển hình sau: − Trạm truyền tải: Một trạm truyền tải kết nối hai hay nhiều đường dây với Các trạm truyền tải từ đơn giản đến phức tạp với mức công suất khác Ở Việt Nam, trạm 500kV 200kV xem trạm truyền tải − Trạm phân phối: Trạm biến áp phân phối chuyển lượng từ hệ thống truyền tải cấp cho hệ thống phân phối khu vực Ở Việt Nam, trạm 110kV trạm phân phối − Trạm góp: Khi có máy phát phân bố trang trại gió, trạm góp yêu cầu Trạm góp tập hợp lượng từ máy phát nhỏ đưa lên lưới − Trạm chỉnh lưu: Trạm chỉnh lưu sử dụng hệ thống điện HVDC dùng để kết nối mạng khơng có tần số Các trạm có thiết bị Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh điện tử công suất để thay đổi tần số dòng điện biến đổi từ điện xoay chiều sang chiều ngược lại − Trạm đóng cắt: Trạm biến áp khơng có máy biến áp hoạt động cấp điện áp, trạm thường dùng để kết nối đường dây với 1.3 Phân cấp quản lý lưới điện Hệ thống quản lý lưới điện hệ thống điều khiển phân làm nhiều cấp Mức cao nhất, ví dụ Trung tâm điều độ quốc gia quản lý tồn hệ thống; mức điều độ trực thuộc ví dụ Trung tâm điều độ miền quản lý số khu vực Mức độ điều khiển thấp trạm biến áp Hình – Phân cấp quản lý lưới điện nước giới Tại cấp khác nhau, nhiệm vụ chức khác thực hiện, tất chức thực trạm biến áp gọi chức chỗ tất chức thực cấp điều khiển cao gọi chức từ xa Hiện nay, tổ chức Điều độ hệ thống điện Việt Nam chia thành cấp, chức nhiệm vụ cấp mô tả chi tiết Quy trình Điều độ hệ thống điện quốc gia ban hành theo định số 56/QĐBCN ngày 26/11/2001, bao gồm: − Cấp Điều độ HTĐ quốc gia (A0): chịu trách nhiệm điều hành lưới điện 500kV, đảm bảo cung cấp điện chất lượng, an toàn kinh tế Phạm vi điều hành: giữ quyền điều khiển lưới điện 500kV, nhà máy điện công suất lớn 30MW; − Cấp Điều độ HTĐ miền (A1, A2, A3) chịu trách nhiệm điều hành lưới điện 110-220kV miền, đảm bảo cung cấp điện chất lượng, an toàn kinh Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh tế, tuân theo huy Điều độ A0 Phạm vi điều hành: giữ quyền điều khiển lưới điện 220kV (một số trục 110kV), quyền kiểm tra lưới điện 110kV − Cấp Điều độ lưới điện phân phối thuộc Cơng ty Điện lực: Phịng Điều độ Điện lực tỉnh/thành phố chịu trách nhiệm điều hành lưới điện phân phối gồm TBA số đường dây 110kV Phạm vi điều hành: giữ quyền điều khiển lưới điện 110kV (trừ số đường dây trục chính), nhà máy điện cơng suất nhỏ 30MW; quyền kiểm tra lưới điện đến 35kV Hình – Phân cấp quản lý hệ thống điện Việt Nam Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh 2.1 Trạm biến áp điều khiển từ xa Trạm biến áp điều khiển từ xa trạm biến áp điều khiển, giám sát thu thập dự liệu trạm từ trung tâm điều khiển xa Để thực chức từ xa, trạm kết nối với trung tâm điều khiển, hệ thống điều độ thông qua hệ thống SCADA Điển hình hệ thống SCADA trạm sau: Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thơng minh Hình – Điển hình hệ thống SCADA trạm biến áp Theo tiêu chuẩn IEC 61850, thiết bị nhị thứ TBA xếp theo mức: mức trạm (Station Level), mức ngăn lộ (Bay Level) mức xử lý (Process Level) Hình – Phân cấp thiết bị trạm biến áp Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh Thiết bị mức trạm bao gồm máy tính với sở liệu, nơi làm việc nhân viên vận hành, giao diện để giao tiếp từ xa,… Thiết bị mức ngăn lộ bao gồm thiết bị điều khiển, bảo vệ giám sát ngăn lộ Thiết bị mức xử lý bao gồm I/O, cảm biến thông minh tác động Các chức mức trạm có hai loại: − Các chức xử lý liệu từ ngăn lộ sở liệu cấp trạm Các chức sử dụng để gửi lệnh điều khiển cho thiết bị thứ (máy cắt) thu thập liệu trạm biến áp điện áp, dịng điện, hệ số cơng suất,…từ thiết bị mức ngăn lộ − Các chức giao diện cho phép nhân viên vận hành thao tác điều khiển, giám sát, cho phép giao tiếp đến trung tâm điều khiển từ xa TCI (Giao diện điều khiển từ xa) đến trung tâm giám sát từ xa để giám sát bảo trì TMI (Giao diện giám sát từ xa) Các chức mức ngăn lộ thu thập liệu từ ngăn lộ truyền lệnh đến thiết bị sơ cấp (mạch động lực) ngăn Chức mức xử lý trích xuất thơng tin từ cảm biến/ đầu dị trạm biến áp gửi đến thiết bị mức trên, mức ngăn lộ Nhiệm vụ quan trọng khác mức xử lý nhận lệnh điều khiển từ cấp mức ngăn lộ thi hành 2.2 Quy định EVN “Xây dựng quản lý vận hành thiết bị scada trạm biến áp nhà máy điện” EVN có định số 1208/QĐ-EVN ngày 28/7/2008 việc ban hành “Quy định xây dựng quản lý vận hành thiết bị SCADA trạm biến áp nhà máy điện” với số nội dung liên quan cần lưu ý sau: 2.2.1 Giao thức truyền tin Thông tin từ RTU hay hệ thống SAS TBA trung tâm điều độ phải tuân thủ giao thức truyền tin IEC60870-5-101 2.2.2 Cổng kết nối liệu Phải có cổng ghép nối với điều độ khu vực 2.2.3 Danh sách liệu a) Tín hiệu trạng thái: − Tín hiệu bít: tất tín hiệu máy cắt, dao cách ly, dao nối đất; − Tín hiệu bít: tất tín hiệu tín hiệu cảnh báo, tín hiệu rờle bảo vệ Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thông minh b) Giá trị đo lường: − Đối với : Tần số (Hz), điện áp (kV); − Đối với máy biến áp: Công suất tác dụng (MW), công suất phản kháng (MVAr), điện áp (kV), cường độ dòng điện (A) cấp điện áp khác máy biến áp, nấc máy biến áp; − Đối với lộ đường dây: Công suất tác dụng (MW), công suất phản kháng (MVAr), điện áp (kV), cường độ dòng điện (A) 2.2.4 Điều khiển thiết bị − Phải có hai chế độ điều khiển là: Điều khiển Trung tâm Điều độ (Remote) điều khiển TBA (Local); − Phải có khóa chuyển đổichế độ điều khiển Remote/Local cho tồn TBA; − Phải có khóa chuyển đổi chế độ điều khiển Remote/Local cho ngăn thiết bị TBA; − Các máy cắt, dao cách ly dao nối đất (nếu có) (tín hiệu điều khiển dạng ĐĨNG/MỞ); − Các đổi nấc máy biến áp (tín hiệu điều khiển dạng TĂNG/GIẢM) 2.2.5 Thiết lập chế độ điều khiển từ xa Thiết bị thuộc quyền điều khiển cấp Điều độ chế độ điều khiển từ xa phải thiết lập cho riêng cấp điều độ 2.3 Thiết bị đầu cuối thiết bị điều khiển lập trình 2.3.1 Thiết bị đầu cuối (RTU) Thiết bị đầu cuối (RTU) thiết bị trung gian để nhận gởi tín hiệu Một đầu RTU nối kết đến tiếp điểm đóng cắt cảm biến, đầu nối đến thiết bị điều khiển mức cao hơn, đường truyền thông cáp điện, cáp quang, sóng radio, … RTU truyền liệu thu thập đến thiết bị khác nhận lệnh điều khiển từ thiết bị khác cổng nối tiếp Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thơng minh Hình – Vị trí RTU trạm biến áp 2.3.2 Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) phát triển đặc biệt cho q trình tự động hóa Tuy nhiên, tính linh hoạt, dễ ứng dụng chi phí tương đối thấp PLC so với RTU giúp sử dụng nhiều trạm biến áp công nghiệp, đặc biệt Bắc Mỹ Những bất lợi việc sử dụng PLC mơi trường trạm điểm yếu giao tiếp với relay Một số nhà sản xuất theo hướng này, nhiên phát triển PLC hệ thống điện tự động, tăng cường giao tiếp PLC relay Các chức logic PLC đưa vào relay tiên tiến số nhà sản xuất, chế tạo relay có thêm vào khả thực chức logic, chức điều khiển chỗ tạo khái niệm “relay thông minh” Trạm biến áp điều khiển từ xa Thiết bị điện tử thơng minh • Phát dịng đóng máy biến áp/ khởi động motor 2.4.2.2 Điều khiển Chức điều khiển bao gồm chỗ từ xa, hồn tồn lập trình • Điều khiển chỗ từ xa lên đến 12 thiết bị đóng cắt (lệnh mở/ đóng cho máy cắt, dao cách ly,…); • Điều khiển trình tự; • Khóa liên động ngăn cấp thiết bị điều khiển: – Trạng thái thông tin 2; – Thông tin kênh báo động • Bảng điều khiển HMI thiết bị Ghi chú: Khóa liên động cấp trạm yêu cầu giao tiếp ngang hàng