Xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển bằng máy tính trạm biến áp dựa trên rtu

PHM THANH TNG B giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội B LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 2B NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 4B MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN B 2006-2008 B HÀ NỘI 2008 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH TRẠM BIẾN ÁP DỰA TRÊN RTU B PHẠM THANH TÙNG B 8B HÀ NỘI 2008 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Sau thời gian nghiên cứu vận dụng thực tế khuôn khổ thời gian luận văn thạc sỹ gồm nội dung tóm tắt sau: Luận văn giới thiệu khái niệm, tổng quan tự động hoá trạm biến áp có phân tích rõ vấn đề kinh tế, kỹ thuật ưu điểm tiện lợi áp dụng tự động hoá vào giám sát điều khiển trạm biến áp Các yêu càu kỹ thuật trạm tự động hoá Luận văn trình bày trạng lưới truyền tải điện Miền Bắc, bao gồm tổng dung lượng MBA cấp điện áp, trạng hệ thống đường dây tải điện, trạng hệ thống điều khiển trạm biến áp đánh giá nhu cầu tự động hoá giám sát điều khiển trạm biến áp nói riêng nhu cầu thu thập thơng tin liệu nói chung Từ yêu cầu kỹ thuật phân tích ưu điểm trạm tự động hoá luận văn thiết kế hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp máy tính cho trạm biến áp chưa trạng bị hệ thống điều khiển tự động dựa hệ thống RTU có trạm Áp dụng nghiên cứu thiết kế cho trạm 220kV Thái Bình thuộc quản lý Cơng ty Truyền tải điện 1, trang bị RTU Microsol với nhiều cổng giao tiếp ết đạt áp dụng hệ thống, trạm biến áp sử dụng RTU chưa trang bị hệ thống điều khiển máy tính, đáp ứng phần yêu cầu tự động hoá hệ thống điện mà việc đầu tư thấp đạt hiệu Người thực KS:Phạm Thanh Tùng ABSTRACT Aplying IT to control, monitor, and collecting data of power substations in the integrated control system is an intermediate step of development towards fully automatic control, meeting the demands of optimization of the power systems The plan suggests design computerized control solutions for the power substations base on the RTU Introduction about concept, overview of the computerized control system and technical requirements of the computerized control system for 500kv, 220kv substation EVN Issued Introduction about Actual state of power transmisstion network in the North of Viet Nam And demand with computerized power substations in one Design computerized control solutions for the power substations base on the RTU Aplying result for 220kV Thái Bình substation with the Microsol RTU to control, monitor, and collecting data Author Engineer: Pham Thanh Tung Luận văn cao học - - MỤC LỤC Lời nói đầu ………………………………………………………………………….…….5 Danh mục hình vẽ …………………………………………………… …………………7 Danh mục bảng ……………………………………………………… …………………8 CHƯƠNG VẤN ĐỀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRẠM BIẾN ÁP, ĐẶC ĐIỂM CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT 1.1 Vấn đề tự động hoá trạm biến áp 1.1.1 Tính kinh tế 10 1.1.1.1 Những thay đổi thị trường điện 11 1.1.1.2 Giảm chi phí vận hành 12 1.1.1.3 Giảm chi phí bảo dưỡng 13 1.1.1.4 Giảm chi phí lắp đặt trạm 14 1.1.2 Tính Kỹ thuật 15 1.1.3 Yêu cầu liệu 16 1.1.4 Tài liệu 16 1.1.5 Chức hoá 17 1.1.6 Độ tin cậy 17 1.2 Đặc điểm hệ thống điều khiển tự động trạm biến áp 17 1.2.1 Cấu trúc điển hình hệ thống tự động hoá 17 1.2.2 Các đặc điểm hệ thống 19 1.2.2.1 Bảo vệ 20 1.2.2.2 Điều khiển 20 1.2.2.3 Đo đếm 21 1.2.2.4 Theo dõi 22 1.2.2.5 Phân tích chẩn đốn 22 1.2.2.6 Thuật tốn thơng minh cho vận hành khôi phục trạm 23 1.2.2.7 Tạo tài liệu tự động 24 1.2.2.8 Các thay đổi, nâng cấp, sửa đổi trạm 24 1.2.2.9 Các thao tác trạm 24 1.2.2.10 Vận hành an toàn bảo đảm 25 1.2.2.11 Đa sử dụng liệu 25 1.3 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống tự động hoá TBA 26 1.3.1 Các phần hệ thống tự động hoá TBA 26 1.3.2 Cấu hình yêu cầu chung cho hệ thống điều khiển 27 CHƯƠNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MIỀN BẮC NHU CẦU TỰ ĐỘNG HỐ TRẠM 2.1 Hệ thống lưới điện Cơng ty Truyền tải điện 32 2.1.1 Hệ thống đường dây tải điện 33 2.1.2 Hệ thống trạm biến áp 33 2.1.3 Các trạm điều khiển máy tính Cơng ty Truyền tải điện 36 2.1.1.1 Trạm SINAUT LSA – SIEMENS 36 Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - 2.1.1.2 Trạm sử dụng hệ thống SICAM - SAS – SIEMENS 37 2.1.1.3 Trạm Pacis – AREVA: 37 2.1.1.4 Trạm Micro SCADA: SCS/SMS, Micro SCADA SYS600– ABB: 39 2.2 Sự cần thiết phải điều khiển giám sát máy trạm biến áp 40 2.2.1 Những nét giải pháp 42 2.2.2 Thiết kế kết nối mạng rơ le điều khiển số (Engineering) 42 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH CHO TRẠM BIẾN ÁP DỰA TRÊN RTU 3.1 Mơ hình phân cấp chức giám sát điều khiển 43 3.2 Sơ đồ hệ thống tổ chức thông tin liệu phân cấp điều độ TBA Truyền tải 44 3.2.1 Phân cấp giám sát điều khiển 44 3.2.2 Tổ chức thông tin liệu vận hành 45 3.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát SCADA 48 3.2.3.1 Mức xử lý (Process level) 49 3.2.3.2 RTU – “Remote Terminal Unit”, PLC, SAS 49 3.2.3.3 Hệ thống truyền thông- Communication system: 50 3.2.3.4 Hệ thống điều khiển giám sát- Giao diện người máy (HMI) 50 3.2.4 Tổng hợp mô hình kết nối SCADA trạm biến áp Miền Bắc 51 3.3 Thiết bị đo xa RTU 52 3.3.1 Chức 52 3.3.2 Các thông tin RTU liên tục truyền trung tâm điều khiển 53 3.3.3 Các lệnh điều khiển từ xa mà RTU 53 3.3.4 Cấu trúc RTU 53 3.3.4.1 Card xử lý trung tâm 53 3.3.4.2 Các Card vào/ra 54 3.3.4.3 Card thu tín hiệu RS: Digital Input Module (DIM) 54 3.3.4.4 Vỉ thu tín hiệu RM: Analog Input Module (AIM) 54 3.3.4.5 Vỉ phát xung điều khiển RC: Digital Output Module (DOM) 54 3.3.4.6 Vỉ điều khiển AC: Analog Output Module (AOM) 55 3.3.5 Transducer 55 3.3.6 Rơ le cảnh báo thị điều khiển 56 3.4 Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển máy tính cho TBA dựa RTU 57 3.4.1 Sơ đồ cấu trúc chung 57 3.4.2 Mô tả hệ thống 57 3.4.2.1 Phần cứng 57 3.4.2.2 Phần mềm 58 3.4.3 Thiết lập sở liệu phục vụ cho công việc lưu trữ báo cáo 61 3.4.3.1 Xây dựng hệ thống thu thập liệu 61 3.4.3.2 Các tiêu chí hệ thống đạt được: 62 3.4.3.3 Phương pháp thực mô tả cấu trúc hệ thống 63 3.4.4 Lắp đặt mạng chuyên biệt cho rơ le 64 3.4.5 Yêu cầu phần mềm 64 3.4.6 Yêu cầu phần cứng 65 Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - CHƯƠNG ỨNG DỤNG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI BÌNH 4.1 Hiện trạng trạm 220kV Thái Bình 66 4.2 Xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển dựa RTU 67 4.2.1 Cấu trúc hệ thống xây dựng 71 4.2.2 Phần cứng - Hệ thống RTU Microsol -Xcell 72 4.2.2.1 Cấu trúc điển hình 73 4.2.2.2 Khối Xử lý Cell CPR-031/CPR-031- RTC 74 4.2.2.3 Khối Digital Input HDI-050: 64 kênh 75 4.2.2.4 Khối Analog input(AI) HAI-030-32 kênh 76 4.2.2.5 Kết nối mạch ngồi danh mục tín hiệu 77 4.2.2.6 Giao thức IEC 60870-5-101 78 4.2.3 Phần mềm sử dụng 79 4.2.3.1 Phần mềm OPC Server: Cybectec Server 870 Master 79 4.2.3.2 Phần mềm OPC Client: Wonderware/IO servsers/OPCLink 81 4.2.3.3 Thiết lập giao diện HMI phần mềm WindowMaker window viewer 82 4.3 Tổ chức thu thập sở liệu 85 4.3.1 Sơ đồ tổ chức thực 85 4.3.2 Triển khai xây dựng CSDL 86 4.3.3 Báo cáo thông số vận hành trạm biến áp 88 4.4 Mạng cho kỹ sư lập trình, cài đặt đọc ghi cố 89 4.4.1 Mô tả sơ đồ rơ le bảo vệ trạm 220kV Thái Bình 89 4.4.1.1 Ngăn máy biến áp 89 4.4.1.2 Ngăn đường dây 220kV 89 4.4.1.3 Ngăn đường dây 110kV 89 4.4.1.4 Thanh 110kV 89 4.4.1.5 Phía 10kV 90 4.4.2 Thiết lập mạng chuyên biệt: 90 4.5 Kết xây dựng trạm 220kV Thái Bình 92 4.5.1 Các kết 92 4.5.2 Đánh giá theo chức có sẵn 99 4.5.3 So sánh hệ thống máy tính 100 CHƯƠNG KẾT LUẬN CÁC KIẾN NGHỊ Kết luận kiến nghị 104 Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - LỜI NÓI ĐẦU Mục tiêu phát triển chất lượng điện nằm xu hướng chung phát triển khoa học kỹ thuật kinh tế nhằm thoả mãn đòi hỏi ngày tăng, đa dạng nhu cầu xã hội Đó bước tiến khoa học kỹ thuật chịu chi phối chung xu hướng thị trường hoá tất yếu cung cấp điện Hệ thống điện Việt Nam nước phát triển giới giai đoạn cần đầu tư phát triển mạnh mẽ bên cạnh phụ thuộc vào việc cung cấp thiết bị chuyển giao công nghệ cao từ nước phát triển, Việt Nam cịn thừa hưởng thành tựu cơng nghệ nhất, tiên tiến xây dựng công trình mới, bỏ qua phát triển bước chi phí nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm cơng nghệ mà nước phát triển phải trải qua Như nhiệm vụ đặt bước đầu cán tư vấn, quản lý, kỹ sư vận hành hệ thống điện Việt Nam phải xác định mục tiêu chủ động tìm hiểu, quản lý hiệu quả, lựa chọn giải pháp tối ưu sử dụng thiết bị tiên tiến xây dựng cập nhật hệ thống điện đạt hiệu kỹ thuật, mà cao hiệu kinh tế cuối cùng, trước có mục tiêu bước dần nghiên cứu chủ động sản xuất thiết bị đại Là kỹ sư thí nghiệm hệ thống điều khiển bảo vệ HTĐiện, có kinh nghiệm 10 năm công tác xây dựng quản lý kỹ thuật chủ yếu phần thiết bị điều khiển bảo vệ nhận thấy vấn đề “Tự động hoá trạm biến áp: Điều khiển bảo vệ trạm điện” nhu cầu tất yếu tương lai Phạm vi: Nội dung luận văn đưa ra giải pháp khai thác, phát triển ứng dụng điều khiển giám sát trạm biến áp hệ thống thiết bị sẵn có cụ thể hệ thống RTU có trạm biến áp để nâng cao công tác quản lý kỹ thuật Công ty Truyền tải điện Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - Bản luận văn bao gồm chương chính, Chương 1: Trình bày khái quát vấn đề tự động hoá trạm biến áp đặc điểm tiêu chuẩn kỹ thuật trạm tự động hoá Chương 2: Hệ thống lưới điện Truyền tải điện miền Bắc cần thiết tự động hố trạm Chương 3: Dựa nội dung chương chương đưa thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển máy tính cho trạm biến áp dựa RTU Chương 4: Từ phân tích thiết kế chương áp dụng thử nghiệm thực tế cho trạm biến áp 220kV Thái Bình Đánh giá đáp ứng yêu cầu kỹ thuật chi phí kinh tế sau áp dụng thử thực tế Chương 5: Kết luận kiến nghị Phần Phụ lục Phần tài liệu tham khảo Trong thuyết minh có đưa vào khái niệm, thuật ngữ, viết tắt tiếng Việt tiếng Anh Thông dụng ngành Do khuôn khổ luận văn thời gian có hạn nên nội dung cịn mang nhiều tính tổng quan, luận văn chắn nhiều thiếu sót với hy vọng giới thiệu giải pháp quy mơ nhỏ nhiên ứng dụng thực tế Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến Sỹ Nguyễn Đức Cường hết lòng đầu tư thời gian, kiến thức kinh nghiệm giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới Thầy, Cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền thụ kiến thức phương pháp nghiên cứu khoa học, Trung tâm điều độ hệ thống đện Quốc gia Miền Bắc cung cấp tài liệu quý báu tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Cấu trúc điển hình trạm tự động hố 18 Hình 1-2 Cấu trúc Giao diện người –máy 30 Hình 3.1 Các cấp điều khiển HTĐ Việt Nam 45 Hình 3.2: Cấu trúc điển hình hệ thống SCADA trạm biến áp 48 Hình 3.3: Cấu trúc cách bố trí RTU trạm 56 Hình 3-4: Mơ hình xây dựng máy tính giám sát điều khiển trạm 57 Hình 3-5: Minh hoạ ứng dụng OPC DDE Server 59 Hình 3-6: Sơ đồ khối xây dựng CSDL tạo lập báo cáo 62 Hình 3-7: Sơ đồ khối phương án kết nối máy tính 64 Hình 4-1: Sơ đồ nối điện trạm 220kV Thái Bình 67 Hình 4-2: Mơ hình xây dựng máy tính giám sát điều khiển trạm 71 Hình 4-3: Bên ngồi RTU Microsol – SIEMENS 73 Hình 4-4: Khối Xử lý Cell CPR-031/CPR-031- RTC 74 Hình 4-5: Nguyên lý hoạt động khối xử lý trung tâm 75 Hình 4-6: Nguyên lý khối Digital Input HDI-050 75 Hình 4-7: Nguyên lý khối Digital Input HAI-030 76 Hình 4-8:Chương trình OPC Server-Cybectec Server870 Master 79 Hình 4-9: Khai báo Device name kết nối 80 Hình 4-10: Định nghĩa ta gcủa OPC 80 Hình 4-11: Danh sách đầy đủ tag OPC trạm 220kV Thái bình 81 Hình 4-12: Xác định topic cho OPCLink 81 Hình 4-13: Xác định thư mục chứa OPC Path 82 Hình 4-14: Xác định Acess Name 82 Hình 4-15: Thiết lập tạo Tag dùng Intouch 83 Hình 4-16: Định dạng cửa sổ giao diện ngăn 171 83 Hình 4-17: Minh hoạ thiết lập cửa sổ giao diện ngăn 171 84 Hình 4-18: Sơ đồ khối xây dựng CSDL tạo lập báo cáo 86 Hình 4-19: Minh hoạ xây dựng CSDL 88 Hình 4-18: Sử dụng KITZ201 để kết nối đến cac rơ le chỗ, từ xa 91 Hình 4-19: Sử dụng 02 KIZ201kết hợp KIZ101 để kết nối 92 Hình 4-20: Tổng quan giao diện tồn trạm 93 Hình 4-21: Giao diện sân phân phối 220kV 94 Hình 4-22: Giao diện sân phân phối 110kV 94 Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - - Hình 4-23: Giao diện chi tiết ngăn lộ 95 Hình 4-24: Giao diện bước điều khiển thiết bị 96 Hình 4-25 : Giao diện danh sách cảnh báo 97 DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1: Chi tiết sản lượng điện năm 2007 32 Bảng 2-2: Danh mục trạm biến áp tự động hố 34 Bảng 3-1: Mơ hình hệ thống điều khiển trạm, mơ hình kết nối 51 Bảng 4-1: danh sách SI trạm 220kV Thái Bình 67 Bảng 4-2: Danh sách biến đo lường trạm 220kV Thái Bình 70 Bảng 4-3: Biểu mẫu thơng số vận hành 98 Bảng 4-4: So sánh chức hệ công nghệ khác 99 Bảng 4-4: So sánh hệ thống máy tính 101 Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng ... hệ thống điều khiển giám sát trạm biến áp đưa nhu cầu mục đích máy tính hố trạm chưa điều khiển máy tính Xây dựng hệ thống ĐK TBA máy tính dựa RTU Phạm Thanh Tùng Luận văn cao học - 32 - Hệ thống. .. tích ưu điểm trạm tự động hoá luận văn thiết kế hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp máy tính cho trạm biến áp chưa trạng bị hệ thống điều khiển tự động dựa hệ thống RTU có trạm Áp dụng nghiên... KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH CHO TRẠM BIẾN ÁP DỰA TRÊN RTU Ở chương trình bày đặc điểm yêu cầu kỹ thuật hệ thống điều khiển trạm nhu cầu cần thiết trang bị hệ thống giám sát điều