Luận văn nghiên cứu xây dựng mô hình tự động hóa trạm 220kv ứng dụng trong đào tạo

luận văn

i Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội -------------***------------- Nguyễn thúy may Nghiên cứu xây dựng mô hình tự động hoá Trạm 220 kv ứng dụng trong đào tạo Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyờn ngnh: in khớ húa sn xut nụng nghip v nụng thụn Mó s: 60.52.54 Ngi hng dn khoa hc: TS. Hong Ngc Nhõn hà nội 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Thúy May Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu luận văn, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS. Hoàng Ngọc Nhân ñã tận tình hướng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn và ñịnh hướng giải quyết các vấn ñề khoa học cho luận văn. ðồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, ñể luận văn hoàn thành ñúng thời hạn. Bản thân tác giả cũng ñã cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu thực tế nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp và nhận xét ñánh giá quý báu của các quí thầy cô và các bạn ñồng nghiệp ñể luận văn hoàn thiện hơn. Tác giả xin cảm ơn trường ðH Nông Nghiệp Hà Nội, Viện Sau ðại Học, khoa Cơ ðiện ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ trong quá trình làm luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Thúy May Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình v MỞ ðẦU i 1. ðặt vấn ñề: 1 2. Phương pháp nghiên cứu: 1 3. Nội dung nghiên cứu: 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220kV 2 1.1. Mở ñầu: 2 1.1.1. Sự cố trong Máy biến áp. 3 1.1.2. Sự cố trên thanh cái (thanh góp) 3 1.1.3. Sự cố trên ñường dây 4 1.2. Sơ lược về trạm biến áp 220 kV 4 1.2.1. Cấp ñiện áp: 4 1.2.2. Thông số kỹ thuật của các thiết bị chính trong trạm 8 1.2.3. Các loại bảo vệ máy biến áp. 16 1.2.4. Bảo vệ nội bộ Máy Biến áp 19 1.2.5. Bảo vệ ñường dây 220kV 20 1.2.6. Bảo vệ ñường dây 110kV 23 1.2.7. Bảo vệ thanh cái 110kV 24 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÔ HÌNH ðIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 25 2.1 Yêu cầu của mô hình tự ñộng hóa trạm. 26 2.1.1. Yêu cầu. 26 2.1.2. ðối tượng và phạm vi ứng dụng. 28 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. iv 2.2. Cấu hình chung của hệ thống. 29 2.3. Thiết kế và giới thiệu các phần tử của hệ thống 31 2.3.1. Giới thiệu chung 31 2.3.2. Giới thiệu về Vi ñiều khiển. 31 2.3.3. Thiết kế bộ mô phỏng máy cắt. 36 2.3.4. Thiết kế bộ mô phỏng dao cách ly 40 2.3.5. Thiết kế bộ mô phỏng OLTC 43 2.3.6. Bộ giám sát và ñiều khiển nhiệt ñộ 48 2.3.7. Giới thiệu PLC S7-300 50 2.4. Sơ ñồ kết nối hệ thống, cấu hình hệ thống 55 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LẬP TRÌNH PLC VÀ LẬP TRÌNH GIÁM SÁT TRÊN PHẦN MỀM WINCC 58 3.1. Lập trình PLC 59 3.1.1. Các phương pháp về lập trình 59 3.1.2. Thiết bị lập trình 60 3.2. Lập trình giám sát trên phần mềm WinCC 60 3.2.1. Giới thiệu về WinCC 60 3.2.2. Cách thức làm việc với WinCC 63 3.2.3. Cấu hình hệ thống 64 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Danh mục thiết bị cho mô hình mô phỏng 30 Bảng 2.2: Bảng chức năng riêng thứ hai của các chân 34 Bảng 2.3: Chức năng các ñầu dây ñiều khiển và giám sát từ xa. 38 Bảng 2.4: Chức năng các ñầu dây dùng ñiều khiển và giám sát từ xa. 42 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. 1 MỞ ðẦU 1. ðặt vấn ñề: Trên cơ sở khảo sát thực tiễn các TBA truyền tải, phân phối ñã, ñang và sẽ xây dựng mới. Vấn ñề ñặt ra về công nghệ cho các trạm biến áp này là phải có hệ thống giám sát ñiều khiển và thu thập dữ liệu tự ñộng, nhằm mục ñích, nâng cao chất lượng truyền tải ñiện, ñồng thời hạn chế ñược các sự cố và sự can thiệp trực tiếp của người vận hành. Xuất phát từ thực tế trên tôi thấy tại các trường kỹ thuật phải có chương trình ñào tạo các kỹ sư ngành ñiện vận hành ñược các trạm biến áp có công nghệ nêu trên là rất quan trọng. ðể có kết quả ñào ñạt chất lượng, gắn liền giữa lý thuyết với thực hành thì cần phải có mô hình tự ñộng hoá trạm biến áp trong trường học. ðó là lý do tôi chọn ñề tài: “Nghiên cứu, xây dựng mô hình tự ñộng hóa trạm 220kV ứng dụng trong ñào tạo” 2. Phương pháp nghiên cứu: - Khảo sát hệ thống ñiều khiển tự ñộng trạm biến áp 220kV - Nghiên cứu thiết kế hệ thống mô phỏng: + Hệ thống phần cứng (PLC, PC, RELAY, máy cắt, dao cách ly, OLTC, giám sát nhiệt…) + Hệ thống phần mềm giám sát… 3. Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu hệ thống trạm biến áp ñang hoạt ñộng. - Nghiên cứu, thiết kế các phần tử của hệ thống Máy cắt, dao cách ly, OLTC… - Nghiên cứu phần mềm ñiều khiển giám sát. - Tích hợp hệ thống. Mục tiêu của ñề tài là thiết kế hệ tự ñộng hóa trạm biến áp 220KV, tuy nhiên trong giới hạn của luận văn này chỉ dừng lại thiết kế tổng thể hệ thống, sau ñó thiết kế chi tiết phần máy cắt, dao cách ly, OLTC… Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220kV 1.1. Mở ñầu: Trong lưới ñiện quốc gia có nhiều cấp ñiện áp khác nhau ñể truyền tải ñiện năng ñi xa từ nhà máy ñiện ñến nơi tiêu thụ thì phải thông qua trạm biến áp. Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp ñiện. Trạm biến áp dùng ñể biến ñổi ñiện năng từ cấp ñiện áp này sang cấp ñiện áp khác, trạm biến áp ñược phân loại theo ñiện áp, theo ñịa dư. Theo ñiện áp: trạm biến áp tăng áp, trạm biến áp hạ áp, trạm biến áp trung gian. Trạm tăng áp thường ñặt ở gần nhà máy ñiện, làm nhiệm vụ tăng ñiện áp từ máy phát lên ñiện áp cao ñể truyền tải ñiện năng ñi xa. Trạm hạ áp thường ñạt ở các hộ tiêu thụ, ñể biến ñổi từ ñiện áp cao xuống ñiện áp thấp hơn thích hợp với các hộ tiêu thụ ñiện. Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới ñiện có cấp ñiện áp khác nhau. Theo ñịa dư: ñược phân loại thành trạm biến áp khu vực và trạm biến áp ñịa phương. Trạm biến áp khu vực ñược cấp ñiện từ mạng ñiện khu vực(mạng ñiện chính) của hệ thống ñiện ñể cung cấp cho một khu vực lớn bao gồm các thành phố, các khu công nghiệp…ðiện áp của trạm khu vực phía sơ cấp là 110kV, 220kV, còn phía thứ cấp là 110, 35, 22, 10 hay 6kV. Trạm biến áp ñịa phương là những trạm biến áp ñược cung cấp ñiện từ mạng phân phối, mạng ñịa phương của hệ thống cấp ñiện cho từng xí nghiệp, hay trực tiếp cấp cho từng hộ tiêu thụ với ñiện áp thứ cấp thấp hơn. Dung lượng của các máy biến áp trong trạm, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của các trạm có ảnh hưởng rất lớn ñến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp ñiện. Vì vậy việc lựa chọn các trạm biến áp bao giờ cũng phải gắn liền với việc lựa chọn phương án cung cấp ñiện. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. 3 Dung lượng và các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó, vào cấp ñiện áp của mạng, vào các phương thức vận hành trạm biến áp…Vì thế việc vận hành trạm biến áp là tốt nhất ta phải xét tới nhiều mặt và phải tiến hành tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án ñược ñặt ra. Trong hệ thống ñiện, trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối. Vì vậy việc nghiên cứu và cách xử lý, khắc phục các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố…. xảy ra trong trạm là rất cần thiết. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong trạm thường gặp như: 1.1.1. Sự cố trong Máy biến áp. - Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, hư hỏng cách ñiện làm thay ñổi ñột ngột các thông số ñiện. Khắc phục bằng cách nhanh chóng cách ly MBA bị sự cố ra khỏi hệ thống ñiện ñể giảm ảnh hưởng ñến hệ thống. - Sự cố gián tiếp ñược diễn ra từ từ rồi trở thành sự cố trực tiếp nếu không phát hiện và xử lý kịp thời (như quá nhiệt bên trong MBA, áp suất dầu tăng cao….) Khắc phục bằng cách là không cần ñòi hỏi phải cách ly MBA nhưng phải ñược phát hiện, có tín hiệu báo cho nhân viên vận hành biết ñể xử lý. Vì vậy ta phải lựa chọn ñược phương thức bảo vệ thích hợp trong MBA, như bảo vệ dùng ñể chống các loại sự cố và chế ñộ làm việc không bình thường của MBA (bảo vệ so lệch có hãm; bảo vệ khoảng cách; bảo vệ chống quá tải; bảo vệ kém tần; bảo vệ quá dòng có thời gian; quá dòng thứ tự không…) 1.1.2. Sự cố trên thanh cái (thanh góp) - Hư hỏng cách ñiện do già cỗi vật liệu. - Quá ñiện áp. - Máy cắt hỏng do sự cố ngoài thanh cái. - Thao tác nhầm. - Sự cố ngẫu nhiên do vật dụng rơi chạm vào thanh cái. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật……………………………. 4 Vì vậy trên thanh cái ta phải có các bảo vệ quá dòng hoặc bảo vệ khoảng cách của các phần tử nối vào thanh cái, nó có vùng bảo vệ bao phủ cả thanh cái nhằm mục ñích là cách ly thanh cái bị sự cố ra khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt. 1.1.3. Sự cố trên ñường dây - Ngắn mạch một pha hay nhiều pha. - Chạm ñất một pha (trong lưới ñiện có trung tính cách ñất hoặc nối ñất qua cuộn dập hồ quang) - Quá ñiện áp. - ðứt dây. - Quá tải Vì vậy trên ñường dây ta phải có các bảo vệ quá dòng có thời gian, bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng chạm ñất, bảo vệ so lệch ñường dây cũng nhằm mục ñích là cách ly ñường dây bị sự cố ra khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt. Từ những vấn ñề ñó mà các trạm biến áp ñã, ñang và sẽ xây dựng mới phải có hệ thống giám sát ñiều khiển và thu thập dữ liệu tự ñộng, nhằm mục ñích, nâng cao chất lượng truyền tải ñiện, ñồng thời hạn chế ñược các sự cố và sự can thiệp trực tiếp của người vận hành. Xuất phát từ các nhược ñiểm của trạm biến áp trong quá trình vận hành, giám sát nhưng không giám sát ñược quá trình, ghi dữ liệu, khi vận hành phải tác ñộng trực tiếp lên ñối tượng, chứ không vận hành từ trung tâm ñược. Một trong yếu tố quan trọng của trạm biến áp là con người vận hành nên tôi nhận thấy tại các trường kỹ thuật phải có chương trình ñào tạo nguồn nhân lực vận hành ñược các trạm biến áp có công nghệ hiện ñại là rất quan trọng và cần thiết. ðể có kết quả ñào ñạt chất lượng, gắn liền giữa lý thuyết với thực hành thì cần phải có mô hình tự ñộng hoá trạm biến áp trong trường học. 1.2. Sơ lược về trạm biến áp 220 kV (Tham khảo sơ ñồ nguyên lý trạm 220kV Vĩnh Yên - Vĩnh Phúc) 1.2.1. Cấp ñiện áp: *) Phía 220kV: Trạm biến áp 220kV Vĩnh Yên là trạm biến áp phân phối có nguồn vào là cấp ñiện áp 220kV và ñầu ra là các xuất tuyến 110kV, 22kV