NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV SÔNG GIANH . LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ NGỌC ĐÍNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV SÔNG GIANH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Kim Hùng Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan Lê Ngọc Đính MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đặt tên đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TBA VÀ GIAO THỨC IEC61850 1.1 ĐẶC ĐIỂM CÁC TBA 110 KV KHU VỰC QUẢNG BÌNH .4 1.2 KHÁI NIỆM TBA ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP 1.3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC CHỨC NĂNG TỰ ĐỘNG VÀ BẢO VỆ CỦA TBA TRÊN NỀN TẢNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG IEC61850 1.3.1 Giới thiệu số giao thức truyền thông .8 1.3.1.1 Giao thức truyền thông MODBUS 1.3.1.2 Tiêu chuẩn IEC60870 (Tiêu chuẩn giao thức truyền thông hỗ trợ cho điều từ xa) 1.3.2 Tiêu chuẩn IEC61850 1.3.2.1 Nền tảng IEC61850 1.3.2.2 Tiện ích IEC61850 10 1.3.2.3 Nội dung tiêu chuẩn IEC 61850 10 1.3.2.4 Cấu trúc trạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC61850 .10 1.4 ĐÁNH GIÁ VIỆC TRIỂN KHAI GIAO THỨC IEC61850 CHO LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH 15 1.5 KẾT LUẬN 16 CHƯƠNG HỆ THỐNG SCADA VÀ TBA KHÔNG NGƯỜI TRỰC ĐÃ TRIỂN KHAI TẠI KHU VỰC TỈNH QUẢNG BÌNH .18 2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SCADA 18 2.1.1 Định nghĩa Hệ thống SCADA 18 2.1.2 Nguyên lý hoạt động SCADA .19 2.1.2.1 Cơ chế thu thập liệu 19 2.1.2.2 Xử lý liệu 19 2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động .20 2.1.3 Thành phần hệ thống SCADA .20 2.1.3.1 Phần cứng 20 2.1.3.2 Phần mềm 20 2.1.3.3 Hệ thống truyền thông 21 2.1.4 Các yêu cầu chung hệ thống SCADA 21 2.1.4.1 Chức giám sát .21 2.1.4.2 Chức điều khiển 21 2.1.4.3 Quản lý lưu trữ liệu .22 2.1.4.4 Tính thời gian thực .22 2.1.5 SCADA trạm 23 2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG SCADA 24 2.2.1 Thành phần hệ thống SCADA hệ thống điện 24 2.2.2 Cấu hình hệ thống SCADA trung tâm 25 2.2.3 Chức hệ thống SCADA trung tâm 26 2.2.4 Yêu cầu kết nối, chia sẻ liệu an ninh mạng 26 2.2.5 Yêu cầu kỹ thuật Hệ thống kênh truyền giao thức truyền tin 27 2.2.5.1 Yêu cầu chung .27 2.2.5.2 Tốc độ kênh truyền liệu 27 2.2.5.3 Giao thức truyền tin .27 2.2.6 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị đầu cuối RTU/GATEWAY .28 2.2.6.1 Yêu cầu kỹ thuật chung 28 2.2.6.2 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị RTU 28 2.2.6.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị Gateway 28 2.2.6.4 Yêu cầu kỹ thuật biến đổi 28 2.3 QUY ĐỊNH DATALIST ĐỐI VỚI TBA 110 KV ĐIỀU KHIỂN XA 29 2.3.1 Nội dung kiểm tra nghiệm thu Point to Pont End to End 29 2.3.1.1 Nội dung kiểm tra nghiệm thu Point-to-Point từ RTU đến thiết bị điện .29 2.3.1.2 Nội dung kiểm tra nghiệm thu End-to-End 29 2.3.2 Danh sách liệu SCADA 31 2.3.3 Danh sách datalist tín hiệu SCADA số đối tượng 31 2.4 HỆ THỐNG SCADA VÀ TBA KHƠNG NGƯỜI TRỰC ĐÃ TRIỂN KHAI TẠI QUẢNG BÌNH 31 2.4.1 Hệ thống SCADA Quảng Bình 31 2.4.2 Hiệu TBA khơng người trực thực Quảng Bình 36 2.5 KẾT LUẬN 37 CHƯƠNG GIẢI PHÁP CHUYỂN TBA 110KV SÔNG GIANH THÀNH TBA ĐIỀU KHIỂN XA 38 3.1 VAI TRÒ VÀ SỰ CẦN THIẾT CHUYỂN TBA SÔNG GIANH THÀNH TRẠM ĐIỀU KHIỂN XA 38 3.1.1 Vai trò TBA Sơng Gianh Hệ thống điện Quảng Bình 38 3.1.2 Sự cần thiết phải chuyển TBA Sông Gianh thành trạm điều khiển xa 39 3.1.3 Sự khác biệt TBA Sông Gianh với TBA 110 kV khu vực cải tạo thành trạm điều khiển xa 39 3.2 ĐẶC ĐIỂM HIỆN TRẠNG CỦA TBA 110 KV SÔNG GIANH .40 3.2.1 Đặc điểm thiết bị thứ .40 3.2.1.1 Quy mô 40 3.2.1.2 Sơ đồ nối điện 40 3.2.1.3 Các thiết bị điện 41 3.2.1.4 Hệ thống điện tự dùng 43 3.2.2 Kết cấu xây dựng, thông tin liên lạc 43 3.2.2.1 Kết cấu xây dựng 43 3.2.2.2 Thông tin liên lạc - SCADA 44 3.2.3 Đặc điểm Hệ thống bảo vệ, điều khiển TBA 110 kV Sông Gianh 44 3.2.3.1 Phần điều khiển .44 3.2.3.2 Phần đo lường 45 3.2.3.3 Phần bảo vệ 45 3.2.3.4 Hệ thống tủ bảng điều khiển, bảo vệ trạng 47 3.2.4 Hệ thống PCCC, chống đột nhật camera giám sát 48 3.2.4.1 Hệ thống PCCC .48 3.2.4.2 Hệ thống chống đột nhập camera giám sát: 48 3.3 CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHUYỂN TBA 110 KV SÔNG GIANH THÀNH TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC 48 3.3.1 Hệ thống thiết bị thứ .48 3.3.2 Hệ thống bảo vệ điều khiển .48 3.3.2.1 Giải pháp kỹ thuật chung hệ thống ĐKBV .48 3.3.2.2 Giải pháp cụ thể .50 3.3.3 Hệ thống truyền thông 51 3.3.4 Hệ thống báo cháy tự động, camera giám sát chống đột nhập 52 3.3.4.1 Báo cháy tự động 52 3.3.4.2 Hệ thống camera giám sát .52 3.3.4.3 Hệ thống giám sát an ninh (Access control) 53 3.3.5 Giải pháp xây dựng 53 3.3.6 Yêu cầu kỹ thuật chi tiết thiết bị 53 3.3.6.1 RTU/Gateway 53 3.3.6.2 Tủ ĐK-BV ngăn đường dây 110kV 54 3.3.6.3 Tủ ĐK-BV ngăn MBA 110kV 54 3.3.6.4 BCU tủ điều khiển bảo vệ ngăn ĐZ 110kV 54 3.3.6.5 BCU tủ điều khiển, bảo vệ máy biến áp 55 3.3.6.6 Rơle bảo vệ dòng ngăn 35, 6kV .55 3.3.6.7 Hệ thống camera 55 3.3.6.8 Hệ thống Access control 55 3.3.6.9 Ethernet switch 56 3.3.6.10 Camera & Access controlh Server 56 3.3.6.11 BCU tủ AC/DC 56 3.3.6.12 Cáp điều khiển .56 3.3.7 Liệt kê vật tư thiết bị 57 3.3.7.1 Phần điện, camera, chống đột nhập báo cháy 57 3.3.7.2 Phần xây dựng .58 3.3.8 Dự kiến chi phí đánh giá hiệu 58 3.3.8.1 Tổng mức đầu tư 58 3.3.8.2 Phân tích hiệu tài chính, kinh tế xã hội 60 3.3.8.3 Vấn đề người lao động chuyển trạm thành không người trực 61 3.3.9 Mô phỏng, giả lập điều khiển xa ngăn lộ 671 62 3.3.9.1 Lựa chọn thiết bị, thiết kế vẽ chi tiết: .62 3.3.9.2 Cấu hình rơle phần mềm Survalent ADMS Manager ngăn 671: .67 3.3.10 Một số vẽ liên quan đến logic điều khiển bảo vệ ngăn thiết bị điển hình 72 3.4 KẾT LUẬN 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC QUYÊT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV SÔNG GIANH Học viên: Lê Ngọc Đính Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khóa: K34QB - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tự động hóa trạm biến áp theo giao thức IEC 61850 xu tất yếu yêu cầu ngành điện trạm biến áp truyền tải điện Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam nói chung hệ thống điện khu vực miền Trung Tây Nguyên nói riêng tồn nhiều trạm biến áp truyền tải điện điều khiển truyền thống với nhiều chủng loại thiết bị cũ nhiều giao thức truyền thông khác Để nâng cấp trạm biến áp thành trạm biến áp tự động hóa với tiêu chí sử dụng thiết bị có cần phải có giải pháp phù hợp với chi phí chấp nhận điều kiện Việt Nam Đối với trạm 110 kV Sông Gianh việc chuyển từ trạm vận hành theo kiểu truyền thống thành trạm biến áp điều khiển xa hoàn toàn hợp lý, phù hợp với yêu cầu phát triển Tập đoàn Điện lực Việt Nam việc xây dựng lưới điện thông minh Để chuyển trạm thành không người trực cần thiết phải đầu tư cải tạo hệ thống điều khiển bảo vệ nhằm đáp ứng tiêu chí trạm điều khiển tích hợp ứng dụng tiêu chuẩn IEC61850 Ngoài việc sử dụng BCU điều khiển, cần thiết thay hệ thống cáp điều khiển lạc hậu, đồng thời lắp đặt thêm hệ thống phụ trợ như: Hệ thống báo cháy tự động, hệ thống camera giám sát hệ tống chống đột nhập Việc đầu tư phải phủ hợp với trạng hệ thống SCADA đầu tư Trung tâm điều khiển Hệ thống điện Quảng Bình Từ khóa: Trung tâm điều khiển, lưới điện thông minh, không người trực, tự động hóa, IEC61850 RESEARCH IN INTEGRATED CONTROL SYSTEM AND REMOTE CONTROL SOLUTIONS FOR SONG GIANH 110 KV POWER STATION Automation of substations in accordance with IEC 61850 is an indispensable trend nowadays and it is also the requirement of the power industry for transmission stations At present, in Vietnam’s power system and in the power system in the Central and Central Highlands, there are many traditional substations with various types of old equipment and different media forms To upgrade these substations into the automatic transformer, it is necessary to have suitable solutions which the cost is acceptable in Vietnamese conditions For Song Gianh 110kV power station, the conversion from the traditional substation to remote control one is completely reasonable in line with the development requirements of Vietnam Electricity Corporation, one of these is the construction of the smart electricity grids To achieve it, we need to invest and improve the control system in order to meet the demand of IEC61850 standard in the integrated control station In addition to the use of BCU, it is essential to replace the backward control cabling systems as well as installing auxiliary systems such as fire alarm systems, surveillance cameras and anti-intrusion systems This investment must be appropriate to the status of the SCADA system invested in Quang Binh Power System Control Center Keywords: control center, smart grid, unmanned, automation, IEC61850 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVNCPC Tổng Công ty Điện lực miền Trung CGC Công ty Lưới điện cao miền Trung PCQB Cơng ty Điện lực Quảng Bình TTĐK Trung tâm Điều khiển hệ thống điện SCADA Hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu SAS Tự động hoá trạm biến áp DCS Tự động hóa nhà máy ICS Hệ thống điều khiển tích hợp IEDs Thiết bị điện tử thơng minh CT Máy biến dịng điện CV Máy biến điện áp OLTC Bộ điều áp tải IEC Tổ chức Kỹ thuật điện Quốc tế HMI Giao diện người - máy WAN Mạng diện rộng LAN Mạng nội SCL Ngơn ngữ cấu hình trạm GPS Hệ thống định vị vệ tinh RTU/Gateway Thiết bị đầu cuối SIC Tủ ghép nối thiết bị liên quan đến việc thu thập truyền liệu ĐZ Đường dây MBA Máy biến áp TBA Trạm biến áp MC Máy cắt DCL Dao cách ly DTĐ Dao tiếp địa AI Giá trị đo lường dạng tương tự DDI Tín hiệu số bit SDI Tín hiệu số 01bit RC Tín hiệu điều khiển từ xa EMS Hệ thống phần mềm quản lý lượng PCCC Phòng cháy chữa cháy ĐKBV Điều khiển bảo vệ DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Tên bảng Datalist tín hiệu SCADA ngăn đường dây, phân đoạn 110kV Datalist tín hiệu SCADA ngăn MBA 110kV Yêu cầu kỹ thuật tủ ĐK-BV ngăn đường dây 110kV Yêu cầu kỹ thuật tủ ĐK-BV ngăn MBA 110kV Yêu cầu kỹ thuật Rơle bảo vệ dòng ngăn 35, 6kV Yêu cầu kỹ thuật Hệ thống camera Bảng kê vật tư phụ phần điện, camera, chống đột nhập báo cháy Bảng kê trang bị sản xuất; Trang thiết bị thu hồi; Thí nghiệm Bảng tính Vật liệu – Nhân công – Máy thi công Bảng tổng hợp kinh phí phần thiết bị vật liệu Bảng tổng hợp phân tích tài Trang Phụ lục Phụ Phụ Phụ Phụ Phụ lục lục lục lục lục Phụ lục Phụ lục Phụ lục Phụ lục Phụ lục ( CONG HOA xA HOI CHU NGHIA VI~T NAM DQc l~p - Tl)' - H~omhphuc BAr HOC DA NANG TRUONG D~i HOC BACH KHOA NHAN 'XET LuAN VAN TOT NGHIEP (Danh cho nguoi phan bien) H Qva'Cen nguO'l ' nhf?J1 xe't : T ran ~ TJ,an Vinh HQCh'am: 0 0 • 0 • • • • 0 0 0 J, 0 Chuyen nganh: ••• 0 0 0 0 0 0 • 0 • ••• • _ ••••• ••• • HQc vr H~ thong dien 0 0 • 0 0 •••••••••• • 0 Tlen •••••• 0 SI 0 0 0 ••• 0 0 0 •••• ••• 0 • 0 ••• • 0 • • ••• 0 0 Cp quan cong UlC: BI) mon RTB - Khoa Bi~n - Truong Dai hoc Bach khoa - BHBN HQ va ten hoc vien cao hoc: Chuyen nganh: 0 • • •• 0 0 0 0 oLE NGQC •• BiNH KS' thuat di~n •• Khoa: K34 QB 0 • •••••••••••••••• 0 0 0 •• • • Ten dS tai luan van: Nghien ciru h~ thong diSu khien tich hop va giai phap di~u khien xa cho Tram bien ap 110 KV Song Gianh 1- V~ Iy chon d~ tai: Viec chuyen d6i cac tran bien ap 110 kv ill dang co ngiroi tl1JC sang dang khong co nguoi tnrc la huang di dang duoc T~p doan Dien hrc Vi~t Nam trien khai thirc hien nham irng dung cong nghe tv dong hoa phu vu hieu qua cong tac van hanh cac tram bi€n ap, Thirc hien k~ hoach theo II) trinh cua T6ng Cong ty Dien 11lCMien Trung d~ d~n nam 2019 thi toan bl) cac tram bi~n ap 110KV tren toan khu vue phai diroc chuyen d6i sang mo hinh khongnguoi tnrc B€n Tram bi€n ap 110 KV v~n dang van hanh voi nguoi true, nen viec chuyen d6i tram bien ap sang dang khong ngtroi tl1JC la v~n d~ c~p thiet cfrn phai giai quyet Vi vay, d~ tai hoc vien thuc hien hoan toan phu hop voi yeu cfru thirc ti~n hien 2- V~ phurrng phap nghien ciru, dQ tin c~y ciia cac s6 li~u: Phuong phap nghien ciru phu hop, tren co sa nghien ciru cac tai lieu lien quan d~n tir dong hoa 'tram bi~n ap k~t hop voi thirc ti~n v~n hanh tram bien ap 110 KV Song Gianh d~ tinh to an, d~ xuat giai phap, S6 lieu duoc hoc vien thu thap ill thirc t~ quan Iy v~n hanh nen dam bao dircc dl) tin c~y cfrn thiet, co th~ sir dung d~ tinh toano 3- V~ k~t qua khoa hoc cua d~ Uti: K€t qua Iuan van co the diroc sir dung lam tai li~u tham khao d~ cai tcl~p - T\l' - Hl;lnh phuc D~I HQC DA NANG TRUONG D~ HQC BAcH KHOA NHAN xET LuAN VAN TOT NGHIEP (Danh cho ngutri phan bien) HQva ten ngiroi nhan xet: TS Le Thi Tinh Minh HQCh'am: J HQc V!: Tien S1 Chuyen nganh: Ky Thuat Dien ce quan cong tac: BQ mon H~ Th6ng Di~n, Khoa Di~n-Di~n ro, tnrong DH Bach Khoa-D~i hoc Quoc Gia, TP H6 Chi Minh HQva ten hoc vien cao hoc: Chuyen nganh: LE NGQC DiNH Kh6a: K34KTD.QB Ky ThuatDien Ten d~ tai lusn van: Nghien ciru h~ th6ngdi~u khien tich hop va giai phap di~u khi~n xa cho tram bien ap 11OkV Song Gianh y KIEN NH~ XET 1- V~ If chon d~ tai: Voi trinh d9 khoa hoc cong nghe cang phat trien, viec hien dai h6a cong tac v~ hanh, quan IY h~ thong Ia mot yeu c~u d.p thiet nganh di~n Voi muc tieu do, viec chuyen d6i cac tram bi~n ap v~ tram khong ngiroi tnrc, di~u khien nr xa dang duoc nghien ciru va ap dung rong rai Tram bien ap khong ngiroi tnrc giup nang cao nang suit lao- dong, giam t6i da nhan hrc, tang dQ tin c~y cho hroi dien, nang cao rmrc dQ an toan cho ngiroi v~n hanh f)6i voi hroi di~n 110kV tren dia ban tinh Quang Binh, dir kien d~n h~t nam 2019, toan bQ cac tram bien ap 110kV se v~ hanh khong nguoitnrc, d6 co tram Song Gianh f)~ tai dira cac giai phap chuyen tram bien ap Song Gianh tram di~u khien xa la phu hop voi thirc t~ 2- V~ phurmg phap nghien ctru, dQ tin c~y cua cac s6 li~u: - Phtrongphap nghien ciru tirng buoc cu th~, ro rang: nghien ciru cac vin d~ lien quan d~n h~ thong tich hop, di~u khientram bien ap tir xa theo tieu chuan IEC 61850, h~ thong SCADA v~ giam satva thu thap s6 li~u thirc t~ - K~t qua diroc ap dung thuc t~ vao tram Song Gianh voi s6 li~u tin c~y duoc, 3- V~ k~t qua khoa hoc ciia d~ tai: f DS Uti co th6 sir dung lam tai li~u tham khao vS cac giai phap v?n hanh tram khong ngiroi tnrc noi chung va tai Tp D6ng Hoi noi rieng BS tai dua cac giai phap vS mat cong nghe cua giai phap diSu khien xa cho cac tram bien ap 4- v~ y nghia khoa hoc, img-dung tlnrc ti~n va hurmg mrr rQng cua d~ tai: BS tai co th6 diroc ap dung VaGthirc te cho tram bien ap Song Gianh chuyen sang che d9 v~ hanh khong ngiroi tnrc 5- Nhfrng thi~u sot & vAn d~ cAn lam ro (neu co): c§n trich d~ tai lieu tham khao luan van Xem lai ph§n dich thu~t tieng Anh, s~p xep, b5 C\lClai cac sa dB nhftt thir, sa dB mat bang, sa dB diSu khien bao v~ d6 VaGphu luc BS tai mang tinh ly thuyet va chua th6 hien ket qua co tinh khoa h9C irng dung, Trang chuang 3, cac giai phap cong nghe dira nhung chtra co co sa kiem chirng, c~n thiet b6 sung ket qua qua cac cong cu mo phong gia lap cac tinh huong hoac vS ket n5i hien thi SCADA, hoac vS tv dong hoa hroi di~n cac cftp Y ki~n k~t lu~n (nnrc d9 dap irng yeu c~u d5i voi lu~n van thac si): Dap irng yeu c~u cua lu~n van Thac sy Y KIltN BE NGID (Ghi ri5 eM nghi cho hay khong cho h9C vien bao v~ ludn vdn truac H(Ji tJ6ng chdm ludn van Th(1Csi) D6ng y cho h9C vien bao v~ luan van tnroc hoi d6ng Da Ngng, J.~ thdng A'> nam 20,(~' NGl1dI PRAN BIEN TS LE TI-IJ1lNH MINH