Tự động hóa mạng phân phối

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐỨC HUY TỰ ĐỘNG HOÁ MẠNG PHÂN PHỐI Chuyên ngành: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã ngành: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ : HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày tháng năm 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ĐỨC HUY Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 25 - 01 - 1983 Nơi sinh : Khánh Hòa Chuyên ngành : Thiết bị, Mạng – Nhà máy điện Khoá : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI: TỰ ĐỘNG HÓA MẠNG PHÂN PHỐI 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tổng quan lưới điện phân phối - Các thiết bị bảo vệ lưới phân phối - Mơ hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Một vài cách thức xử lý tự động lưới điện phân phối - Đánh giá hiệu hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Thử nghiệm lắp đặt DAS có tính đến tiêu độ tin cậy 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/06/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS VŨ PHAN TÚ LỜI CẢM ƠN! Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, giáo viên hướng dẫn Luận Văn Tốt Nghiệp cho tơi Để hồn thành Luận Văn Tốt Nghiệp này, tơi hướng dẫn tận tình thầy suốt trình thực Luận Văn Tơi xin ghi nhớ cơng ơn tình cảm tốt đẹp thầy dành cho thời gian vừa qua Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Bộ môn Hệ thống Điện Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Trong thời gian học tập vừa qua, thầy truyền đạt vốn kiến thức vơ q báu Những kiến thức chuyên môn ngày nâng cao nhờ công ơn giảng dạy thầy cô Tôi xin chúc thầy cô dồi sức khỏe thành công nghiệp giảng dạy Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp Đặc biệt gia đình em Phương Nhi ln bên cạnh, động viên tơi hồn thành Luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009 Học viên Nguyễn Đức Huy MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Phần mở đầu: Lý lựa chọn đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 01 Chương 1: Tổng quan xu hướng phát triển lưới điện phân phối .05 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 05 1.2 Một số đặc điểm lưới điện phân phối .06 1.3 Các giải pháp kỹ thuật giảm tổn thất lưới phân phối .07 1.4 Các đặc điểm cố lưới phân phối 09 1.5 Quy trình phân vùng cố lưới điện phân phối phương pháp thủ cơng .09 1.5.1 Quy trình xử lý cố chạm đất pha lưới trung tính cách đất 09 5.2 Quy trình xử lý cố xuất tuyến bị ngắn mạch .09 1.6 Xu phát triển lưới điện phân phối 10 1.7 Xu phát triển tự động hoá lưới điện phân phối 11 1.8 Một số đặc điểm hai loại tự động hóa 13 1.8.1 TĐH tập trung 13 1.8.2 TĐH phân tán 14 Chương 2: Các thiết bị bảo vệ lưới điện phân phối 15 2.1 Máy cắt Relay 15 2.1.1 Máy cắt .15 2.1.2 Các loại Relay 16 2.2 Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) 16 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo 17 2.2.2 Phạm vi ứng dụng Recloser 21 2.2.3 Chu trình tác động khoảng thời gian đóng lại 23 2.3 Thiết bị đóng cắt tải (LBS) .23 2.4 Dao cách ly phân đoạn tự động (Sectionalizer) 24 2.4.1 Phân loại 25 2.4.2 Các chức Sectionalizer 25 2.4.3 Khả ứng dụng 25 2.4.4 Các nguyên tắc phối hợp Sectionalizer .26 2.5 Dao cách ly (DS) 28 2.6 Cầu chì tự rơi (FCO) 28 2.7 Hiện trạng tự động hoá hệ thống phân phối 29 2.8 Các vấn đề cần giải để tự động hoá lưới điện phân phối 30 Chương 3: Mơ hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối .31 3.1 Giới thiệu chung hệ thống DAS .31 3.2 Hệ thống tự động phân phối điện cho đường dây phân phối không 33 3.2.1 Hệ thống thiết bị DAS giai đoạn 33 3.2.2 Phương pháp phối hợp theo thời gian làm việc ACR Sec 39 3.2.3 Cách làm việc DAS giai đoạn .40 3.2.4 Nhận xét phối hợp hoạt động ACR Sectionalizer .46 3.2.5 Hệ thống thiết bị chức DAS giai đoạn 47 3.2.6 Hệ thống thiết bị chức DAS giai đoạn 53 3.3 Hệ thống tự động phân phối điện cho đường dây cáp ngầm 56 3.3.1 Mục đích hệ thống lưới điện phân phối ngầm 56 3.3.2 Hệ thống DAS cho cáp ngầm 56 3.3.3 Phương pháp dò cố xử lý cố .57 3.4 So sánh hệ thống DAS với hệ thống tự động hóa mạch vòng 58 3.4.1 Giới thiệu chung hệ thống tự động hóa mạch vịng 58 3.4.2 Nguyên tắc hoạt động tự động hóa mạch vịng 58 3.4.3 Cách ly, định lại cấu hình mạng tự động phục hồi 59 3.4.4 Phương pháp phân đoạn cố 60 3.5 Ưu, nhược điểm hệ thống DAS hệ thống tự động hóa mạch vịng 63 3.6 So sánh loại cầu dao dùng cho đường dây phân phối không 64 3.7 So sánh cầu dao dành cho đường dây cáp ngầm .67 3.8 Giải pháp hệ thống thông tin kết nối TCR RTU .68 3.9 Các giải pháp thông tin cáp quang kết nối TCR TCM 69 3.9.1 Giao diện liệu phân bố theo cáp sợi quang FDDI .70 3.9.2 Chế độ truyền kỹ thuật số đồng SDH 71 3.9.3 Chế độ truyền không đồng ATM 74 Chương 4: Truyền thông tin cách thức xử lý cố tự động lưới điện phân phối .75 4.1 Tổng quan hệ thống thông tin 75 4.2 Các hệ thống thông tin hệ thống điện 76 4.2.1 Hệ thống thông tin tải ba 76 4.2.2 Hệ thống thông tin vi ba 80 4.2.3 Hệ thống thông tin sợi quang 83 4.3 Một số ví dụ cách xử lý cố lưới điện phân phối 83 Chương 5: Đánh giá hiệu việc áp dụng công nghệ DAS 89 5.1 Trên phương diện khoa học kỹ thuật .89 5.2 Trên phương diện kinh tế .89 5.3 Công nghệ DAS triển vọng Việt Nam 91 Chương 6: Thử nghiệm lắp đặt DAS cho lưới điện Cam Ranh có xét đến tiêu độ tin cậy hệ thống điện 93 6.1 Phạm vi phương án áp dụng 93 6.2 Mô tả hệ thống 93 6.3 Phương án lắp đặt thí điểm 95 6.4 Các thiết bị đầu cuối RTU .99 6.5 Trạm phân phối trung tâm E28 101 6.6 Các kết lợi ích DAS mang lại 104 Phần kết luận: Ưu, nhược điểm việc áp dụng công nghệ DAS, hướng mở rộng đề tài, kết luận kiến nghị 112 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACR – Automatic Circuit Recloser : Máy cắt tự đóng lại (Recloser) ADC – Area Distribution Center : Trung tâm điều độ miền ATM – Asynchronous Tranfer Mode : Phương thức truyền phi đồng Auto – RMU : Tủ cầu dao liên lạc mạch vòng tự động AMR - Auto Metter Reading : Công nghệ đọc số công tơ từ xa CB – Circuit Breaker : Máy cắt CD – Control Desk : Bàn điều khiển CDL – Computer Data Linker Unit : Thiết bị kết nối liệu máy tính CDS – Central Distribution Substation : Trạm phân phối trung tâm CPU – Central Processing Unit : Bộ xử lý trung tâm CRT - Cathode Ray Tube : Màn hình màu DAS – Distribution Automation System : Hệ thống tự động phân phối điện DDK : Đường dây không DGR – Dicrectional Grounding Relay : Relay chống cố chạm đất có hướng DS – Disconnecting Switch : Dao cách ly FCB – Feeder Circuit Breaker : Máy cắt đầu xuất tuyến FCO – Fuse Cut Out : Cầu chì tự rơi FDDR – Fiber Data Distribution Interface : Hệ thống giao diện số liệu phân phối quang FDR – Fault Detecting Relay : Relay phát cố FSI – Fault Section Indicator : Thiết bị thị vùng cố KB – KeyBoard : Bàn phím G-CRT : Màn hình đồ họa GIS – Geographic Information System : Hệ thống thông tin địa lý GM – Geographic Map : Bản đồ địa lý GS – Gas Switch : Cầu dao cách điện khí SF6 HMI – Human Machine Interface : Giao diện người máy LBS – Load Break Switch : Dao cắt có tải LP – Laser Printer : Máy in PVS – Pole-mounted Vacuum Switch cột : Cầu dao tự động loại chân không treo REC – Reclosing Relay : Relay đóng lại RTU – Remote Terminal Unit : Thiết bị đầu cuối RMU – Ring Main Unit: : Thiết bị mạch vòng RMS – Ring Main Switchgear : Tủ cầu dao liên lạc mạch vòng RF – Feeder Recloser : Recloser nhánh RM – Mid-point Recloser : Recloser trung gian RT – Tie Recloser : Recloser phân đoạn SAS – Substation Automation System : Tự động hóa trạm biến áp SCADA – Supervisory Control and Data Acquition System: Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát Sectionalizer : Dao cách ly phân đoạn tự động SHD – Synchronous Digital Hierarchy : Trật tự số đồng SPS – Source Power Supply : Máy biến áp cấp nguồn thao tác STP – Shielded Twisted Pair : Cáp bọc voặn xoắn TCM – TeleControl Master Unit : Máy tính chủ điều khiển từ xa TCR – TeleControl Receiver Unit : Bộ tiếp nhận tín hiệu điều khiển từ xa TRD – Transducer : Bộ biến đổi VDU – Visual Dislay Unit : Khối hiển thị VS – Vacuum Switch : Cầu dao chân không DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Các thơng số kỹ thuật Recloser hãng Copper Bảng 2-2 Dải thời gian định cua loại Recloser hãng khác Bảng 3-1 Các thơng số kỹ thuật cầu dao PVS Bảng 3-2 Thơng số thời gian đóng lặp lại Bảng 3-3 So sánh loại cầu dao có cấp điện áp phân phối đường dây không Bảng 3-4 So sánh cầu dao SF6 cầu dao chân không Bảng 3-5 So sánh cầu dao 24kV cho đường dây cáp ngầm Bảng 3-6 So sánh hệ thống thông tin kết nối TCM – TCR Bảng 3-7 So sánh giải pháp truyền thông hệ thống DAS ADC Bảng 6-1 Các thông số relay bảo vệ TOSDAC-G303 Bảng 6-2 Kết nối TCM PC Bảng 6-3 Kết nối TCM RTU Bảng 6-4 Các thơng số để tính tốn độ tin cậy xuất tuyến 471E28 Bảng 6-5 Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 chưa có Sec Bảng 6-6 Các số tin cậy xuất tuyến 471E28 sau có Sec Bảng 6-7 Bảng so sánh hai phương án số tin cậy xuất tuyến 471E28 Bảng 6-8 Sản lượng điện thương phẩm không bị ứng dụng Sec TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Bảo vệ relay tự động hóa hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [2] TS Nguyễn Hồng Thái, Phần tử tự động Hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1998 [3] TS Hồ Văn Hiến, Hệ thống Điện truyền tải phân phối, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2007 [4] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [5] Hồng Hữu Thận, Áp dụng hệ tự động phân phối điện (DAS) lưới điện phân phối Việt Nam,Tạp chí Điện Đời sống, số 99-100 [6] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện quốc gia, Vận hành hệ thống điện, 2005 [7] Nguyễn Huỳnh Đăng Khoa, Phân tích đánh giá trạng thiết bị đóng/ngắt lưới điện phân phối Tp.HCM triển vọng áp dụng mạng SCADA, Luận văn thạc sĩ, Thư viện Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2005 [8] Nguyễn Đức Thành, ĐHBK TP.Hồ Chí Minh, “Matlab ứng dụng điều khiển,” NXB ĐHQG TP.HCM, 2005 [9] Hồng Dũng, Võ Khắc Hồng, Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 2(25) – 2008 [10] Toshiba Corporation Institute, Project for introduction of distribution automation system in SRV, Sep.2001 [11] Nulec Industries PTY LTD, Loop Automation User Manual, 2000 [12] Specification of equipment for DAS, Toshiba 2003 – 2005 [13] Installation Instructions, Siemems 2000 [14] Power transmission and distribution, Siemens 1993 [15] Cooper Power Systems, Electrical Distribution Systems Protection, 1991 [16] Groupe Schneider, Electrical installation guide, 1996 [17] Toshiba, Distribution automation equipment, 1996 [18] Nulec Industries PTY LTD, Electrical switchgear egnineers and automation specialists NLL-LEC,1998 [19] Technical description for a self supporting aerial cable containing standard single mode fibers, Corning, 2001 [20] Tepsco, Distribution Automation System, 2008 [21] David J.Dolezilek, Power System Automation, Schweitzer Engineering laboratories, Inc, Pullman, WA USA [22] D Bassett, K Clinard, J Grainger, S Purucker, and D Ward, “Tutorial Course: Distribution Automation”, IEEE Tutorial Publication 88EH0280-8-PWR, 1988 [23] K Ghoshal, “Distribution Automation: SCADA Integration is Key”, IEEE Computer Applications in Power, January 1997 [24] J D McDonald, “Substation Automation: IED Integration and Availability of Information”, IEEE Power and Energy Magazine, pp 22-31, March/April 2003 [25] L A Kojovic, and T R Day, “Advanced distribution system automation”, IEEE/PES T&DConf and Expo., vol.1, pp.348 -353,Sept 2003 [26] T Choi, K.Y Lee, D R Lee, and J K Ahn, “Communication System for Distribution Automation Using CDMA,” IEEE Trans on Power Delivery, vol 23, no 2, Apr 2008 [27] ABB, Products – Distribution Control Available:http://www.abb.com/product [28] EPRI Tech Report, “Guide to Implementing Distribution Automation Systems Using IEC 61850,” Dec 2002 ... VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 Giới thiệu chung hệ thống DAS Tự động phân phối điện DAS hệ tự động kiểm soát chế độ làm việc mạng phân phối, phát phần tử... MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thống tự động hóa theo hướng tập trung Hình 1.2 Hệ thống tự động hóa theo hướng phân tán Hình 1.3 Tự động hóa tập trung Hình 1.4 Tự động hóa phân tán Hình 2.1 Cấu tạo buồng... hình ngun lý hoạt động hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Một vài cách thức xử lý tự động lưới điện phân phối - Đánh giá hiệu hệ thống tự động hóa lưới phân phối - Thử nghiệm lắp đặt DAS có