Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất Cao việt dũng Nghiên cứu ứng dụng tự động hóa để nâng cao chất lợng mạng ®iƯn trung ¸p tØnh nghƯ an ln ¸n tiÕn sü kỹ thuật Hà nội - 2012 Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất Cao việt dũng Nghiên cứu ứng dụng tự động hóa để nâng cao chất lợng mạng điện trung áp tỉnh nghệ an Chuyên ngành: Tự động hóa mỏ Mà sè: 62.52.60.15 ln ¸n tiÕn sü kü tht Ng−êi h−íng dẫn khoa học: PGS.TS Đào Văn Tân TS Trần Bá Đề Hà nội - 2012 Lời cam đoan Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án trung thực cha đợc công bố công trình Ngời cam đoan Cao Việt Dũng Mục lục Nội dung Trang Mở đầu Chơng Tổng quan tự động hóa mạng phân phối điện trung áp 1.1 Tình hình nghiên cứu triển khai tự động hóa phân phối điện giới Việt Nam 1.2 Một số vấn đề chung tự động hóa phân phối điện 10 1.3 Các thành phần tạo nên hệ thống tự động hóa phân phối điện 14 1.4 Công nghệ thực tự động hóa phân phối điện 16 1.5 Phân tích đánh giá cấu trúc hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện 29 1.6 Nhận xét 40 Chơng Thực trạng mạng phân phối điện trung áp Nghệ An khả tự động hóa việc quản lý điều hành 42 2.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, x hội vùng Nghệ An thực trạng mạng cung cấp điện trung áp 42 2.2 Hiện trạng nguồn mạng phân phối điện trung áp 43 2.3 Thực trạng trang thiết bị mạng phân phối trung áp 48 2.4 Thực trạng Hệ thống thông tin viễn thông Nghệ An 63 2.5 Thực trạng công tác điều độ mạng phân phối điện trung áp 64 2.6 Nhận xét 67 Chơng Xây dựng chơng trình giám sát điều khiển trạm biến áp 35 kV 69 3.1 Thực trạng thiết bị đo lờng, bảo vệ điều khiển trạm biến áp 35 kV 70 3.2 Nội dung thu thập liệu, giám sát điều khiển trạm biến áp 35 kV 73 3.3 Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp 35 kV 74 3.4 Xây dựng chơng trình điều khiển trạm biến áp 75 3.5 Xây dựng giao diện để giám sát điều khiển từ xa 87 3.6 Xây dựng mô hình thực nghiệm kết thực nghiệm mô hình 93 3.7 Nhận xét 96 Chơng Xây dựng hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung áp 97 4.1 Cấu hình lại mạng điện, tổ chức mạng trung áp theo cấu trúc mạch vòng, bố trí trạm nút đóng cắt điều khiển từ xa 98 4.2 Xây dựng Hệ thống tự động hóa mạng phân phối ®iƯn trung ¸p 102 4.3 NhËn xÐt 128 KÕt ln 129 Danh mục công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài 131 Tài liệu tham khảo 132 Phụ lôc 136 BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT CFE : Computor front end ( m¸y tÝnh tiỊn xư lý ) CT : Current transformer ( biÕn dßng ) CMU : Communication Units ( thiết bị truyền thông ) CPU : Central processing unit ( thiết bị xử lý trung tâm ) DFR : Digital Fault Record ( bé ghi sù cè kü thuËt sè ) DMS : Distribution Management System ( hệ thống quản lý ph©n phối ) DNP : Distributed Network Protocol (giao thức mạng ph©n phối ) EMS : Energy Management System ( hệ thống quản lý lượng ) FBS : Fall Back Switch ( Chun m¹ch trun th«ng ) GPS : Global Position System ( hệ thống định vị toàn cầu ) HMI : Human Machine Interface (giao diện người/m¸y) I/O : Input/Output ( đầu vào/đầu ) IED : Intelligent Electronic Device ( thiết bị điện tử th«ng minh ) LAN : Local Area Network ( mạng cục ) LON : Local Operating Network ( m¹ng cơc bé ) LV : Low voltage ( h¹ áp ) L/R : Local/remote ( chỗ/từ xa ) MOS : Motor Operation System (hệ thống điều khiển mô tơ) MV : Medium voltage ( trung áp ) NCC : Network Control Centre ( trung tâm điều khiển m¹ng ) NO/NC : Normally open/ normally closed ( th−êng mở/thờng đóng ) PC : Personal Computer ( máy tính nhân ) PLC : Programable Logic Controller ( điều khiển logic khả trình ) PLC : Power Line Carrier ( đường d©y tải ba ) RTU : Remote Terminal Unit ( thiết bị đầu cuối ) SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition (điu khin giám sát v thu thập liệu ) TCS : Trip circuit supervision ( giám sát mạch nhả ) VT : Voltage transformer ( biến điện áp ) WAN : Wide Area Network ( mạng toàn cầu ) WinCC : Windows Control center Danh mục bảng Bảng Nội dung Trang Bảng 2-1 Số lợng công suất trạm 110 kV 46 Bảng 2-2 Thông số kỹ thuật, tình trạng vận hành trạm trung gian 47 Bảng 3-1 Trạng thái ngõ vào ra, thực đóng cắt thiết bị 78 Bảng 4-1 Các trạm nút đóng cắt đợc bổ sung đề án 100 Danh mục hình vẽ đồ thị Hình Nội dung Trang Hình 1-1 Mô hình hệ thống điện tơng lai 13 Hình 1-2 RTU 560A 18 Hình 1-3 Rơle SEL 351 21 Hình 1-4 Biến điện áp đo lờng 24 Hình 1-5 Các cảm biến 25 Hình 1-6 Các cảm biến giám sát không dây 25 Hình 1-7 Thiết bị chuyển mạch cổng truyền thông 26 Hình 1-8 Đồng hồ đo h ng ABB 26 Hình 1-9 Bé ghi sù cè kü thuËt sè 27 H×nh 1-10 Recloser thiết bị điều khiển 27 Hình 1-11 Nguồn đồng thời gian 28 Hình 1-12 Thiết bị xử lý truyền thông SEL 2030 29 Hình 1-13 Cấu trúc Hệ thống tự động hoá phân phối điện 30 Hình 1-14 Hệ thống dạng 32 Hình 1-15 Hệ thống dạng 34 Hình 1-16 Hệ thống dạng 36 Hình 1-17 Hệ thống dạng 38 Hình 2-1 Sơ đồ hệ thống điện tỉnh Nghệ An 45 Hình 2-2 Sơ đồ điện trạm 110 kV 50 Hình 2-3 Sơ đồ bảo vệ, đo lờng điều khiển trạm 110 kV 53 Hình 2-4 Sơ đồ điện trạm 35 kV Cửa Hội 58 Hình 3-1 Lu đồ đóng nhán 76 Hình 3-2 Lu đồ cắt cố phụ tải 77 Hình 3-3 Chạy thử chơng trình với số trờng hợp 86 Hình 3-4 Màn hình giám sát điều khiển trạm biến áp 35 kV 91 Hình 3-5 Giao diện đồ họa sơ đồ điện trạm biến áp 35 kV 91 Hình 3-6 Giao diện đồ họa sơ đồ điện trạm biến áp 35 kV 92 Hình 3-7 Trạng thái thiết bị 92 Hình 3-8 Mô thông báo lỗi 93 Hình 3-9 Mô hình hệ thống điều khiển trạm biến áp 35/10 kV 93 Hình 3-10 Modul điều khiển 94 Hình 3.11 Các phần tử modul rơ le trung gian 94 Hình 3.12 Hoạt động mô hình điều khiển trạm 35/10 cửa hội 95 Hình 4-1 Sơ đồ mạng 35 kV trạm nút đóng cắt đợc bổ sung 101 Hình 4-2 Mô hình nguyên lý HT tự động hoá mạng phân phối điện 108 Hình 4-3 Cấu hình phần cứng hệ thống 109 Hình 4-4 Sơ đồ cung cấp điện tự dùng 113 Hình 4-5 Sơ đồ sợi trạm đóng cắt 120 Hình 4-6 Sơ đồ phơg thức truyền thông 122 Hình 4-7 Cấu trúc mạng truyền thông TBA- TTĐĐ 123 Hình 4-8 Sơ đồ truyền thông mạng trung áp khu vực Cửa Lò 127 10 Trong đề tài, tác giả đề xuất sử dụng WinCC WinCC/Web Navigator với mục đích giám sát trạm biến áp qua hình máy tính trạm trung tâm điều độ thông qua đờng truyền Internet 3.2 Xây dựng chơng trình giám sát điều khiển trạm biến áp 3.2.1 Lu đồ vận hành Bắt ®Çu KiĨm tra cã tÝn hiƯu, cho phÐp ®ãng MC? S Đ Đóng MC, 331, Kiểm tra thời gian Tcđ1 S Đ Đóng MC, 931 Kiểm tra thời gian Tcđ S Đ Đóng MC, 971 Kiểm tra thời gian Tcđ S Đóng MC, 993 Kết thúc Hình 3-1: Lu đồ đóng nhánh 11 Bắt đầu Máy cắt tác động S Thời gian T1 Đ Đ cắt cha Đ S Máy cắt cấp tác động Thời gian T2 Đ Đ cắt cha Đ S Máy cắt cấp tác động Đ cắt cha Kết thúc Hình 3-2: Lu đồ cắt cố phụ tải 3.4.2 Lựa chọn cấu hình phần cứng cho PLC Cấu hình phần cứng PLC bao gåm modul nguån PS, CPU, c¸c modul ghÐp nèi IM, modul truyền thông CP, modul vào I/O, số rack Để chọn phần cứng ta tiến hành bớc theo hớng dẫn 12 3.4.3 Xây dựng ngõ vào Bảng 3-1: Trạng thái ngõ vào ra, thực đóng cắt thiết bị Nhánh I: FC2 MC331 MC931 MC971 MC973 MC985 Bật I0.0 I0.3 I0.6 I1.1 I1.4 Liên động FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE Sự cố I0.2 I0.5 I1.0 I1.3 I1.6 Tắt I0.1 I0.4 I0.7 I1.2 I1.5 Timer T0 T2 T3 T4 T5 Link TRUE M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 On Q0.0 Q0.2 Q0.4 Q0.6 Q1.0 Off Q0.1 Q0.3 Q0.5 Q0.7 Q1.1 Lg M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 Nhánh II: FC3 MC332 MC932 MC972 MC942 MC945 Bật I2.0 I2.3 I2.6 I3.1 I3.4 FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE Liên động Sự cố I2.2 I2.5 I3.0 I3.3 I3.6 Tắt I2.1 I2.4 I2.7 I3.2 I3.5 Timer T6 T7 T8 T9 T10 Link TRUE M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 On Q2.0 Q2.2 Q2.4 Q2.6 Q3.0 Off Q2.1 Q2.3 Q2.5 Q2.7 Q3.1 Lg M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 4.2 Chương trình Chương trình OB1 Network Network1 Chương trình FC2 Network1 Network2 Chương trình FC1 Network Network Network Chương trinh FC4 Network 13 Chạy thử chơng trình nhánh 1: Chạy chơng trình cố nhánh: Hình 3-2: Chạy thử chơng trình với số trờng hợp 3.4.4 Mô tả trình vận hành trạm biến áp - Mô tả trình vận hành nhánh I (FC3): Khi nhấn nút I2.0, cuộn đóng Q2.0 có điện, đóng máy cắt 331 Các máy cắt 931, 971, 973, 985 sẵn sàng đóng tự động tơng ứng nhờ đầu vào I2.3, I2.6, I3.1, I3.4 Thứ tự đóng máy cắt theo thời gian tơng ứng Timer T6, T7, T8, T9, T10 thông qua Link M1.0, M1.1, M1.2 M1.3, lúc cuộn đóng Q2.2, Q2.4, Q2.6 Q3.0 đợc cấp điện Khi cố xẩy tơng ứng với đầu vào I2.2, I2.5, I3.0, I3.3, I3.6 tác động lên máy cắt 331, 931, 971, 973 985 tơng ứng qua cuộn cắt Q2.1, Q2.3, Q2.5, Q2.7, Q3.1 đồng thời cuộn đóng Q2.0, 14 Q2.2, Q2.4, Q2.6 Q3.0 bị cắt khỏi nguồn điện điều khiển Việc cắt tay tơng ứng đầu vào I2.1, I2.4, I2.7 , I3.2 I3.5 Các liên động dự trữ đợc đặt chế độ False tơng ứng cuộn cắt Q2.1, Q2.3, Q2.5, Q2.7, Q3.1 đợc cấp điện Việc cắt phụ tải bị cố theo nguyên tắc: phụ tải gặp cố bị cắt khỏi hệ thống, máy cắt bảo vệ cho phụ tải không tác động thời gian chỉnh định máy cắt cấp tác động Khi xẩy cố nhánh đó, hệ thống bảo vệ cách ly nhánh khỏi hệ thống, máy cắt phân đoạn 900 đóng, sau phụ tải theo thứ tự u tiên đợc đóng vào Việc xử lý đợc thực theo hai cách: tay theo chơng trình đ đợc thiết lập theo yêu cầu thông qua chơng trình xử lý cố (FC4) với tín hiệu cố nhánh tơng ứng I4.0 I4.1 cuộn đóng Q4.0, cuộn cắt Q4.1 máy cắt 900 - Mô tả trình vận hành nhánh II (FC2): Khi nhÊn nót I0.0 cn ®ãng Q0.0 cã ®iƯn, ®ãng máy cắt 332, máy cắt 931, 972, 942, 945 sẵn sàng đóng tự động tơng ứng nhờ đầu vào I2.3, I2.6, I3.1, I3.4 thứ tự đóng máy cắt theo thời gian tơng ứng Timer T6, T7, T8, T9, T10 th«ng qua Link M1.0, M1.1, M1.2 M1.3 cuộn đóng Q2.2, Q2.4, Q2.6 Q3.0 đợc cấp điện Khi cố xẩy tơng ứng với đầu vào I2.2, I2.5, I3.0, I3.3, I3.6 tác động lên máy cắt 331, 931, 971, 973 985 tơng ứng qua cuộn cắt Q2.1, Q2.3, Q2.5, Q2.7, Q3.1 đồng thời cuộn đóng Q2.0, Q2.2, Q2.4, Q2.6 Q3.0 bị cắt khỏi nguồn điện điều khiển Việc cắt tay tơng ứng đầu vào I2.1, I2.4, I2.7 , I3.2 I3.5 Các liên động dự trữ đợc đặt chế độ False tơng ứng cuộn cắt Q2.1, Q2.3, Q2.5, Q2.7, Q3.1 đợc cấp điện Việc cắt phụ tải bị cố theo nguyên tắc: phụ tải gặp cố bị cắt khỏi hệ thống, máy cắt không tác động thời gian chỉnh định máy cắt cấp tác động 3.5 Xây dựng giao diện để giám sát điều khiển từ xa Để tiến hành giám sát, điều khiển hoạt động trạm biến áp qua hình máy tính, ta sử dụng Win CC để thiết lập giao diện đồ họa Đề tài đ xây dựng chơng trình giám sát máy cắt trạm biến áp 35/10kV lấy ví dụ cụ thể cho trạm biÕn ¸p 35/10 kV Cưa Héi Giao diƯn thĨ hiƯn sơ đồ điện chế độ vận hành trạm biến áp nh hình ảnh sau Thông qua giao diện, trình vận hành trạm biến áp đợc thể hình máy tính Nhân viên trực trung tâm điều khiển giám sát kịp thời toàn trình hoạt động trạm biến áp thông qua hình máy tính 15 Sau số hình ảnh giao diện đồ họa hình máy tính thể số trạng thái hoạt động trạm Hình 3-3: Màn hình điều khiển trạm biến áp 35 kV Hình 3-4: Giao diện đồ họa sơ đồ điện trạm biến áp 35 kV Hinh 3-6: Trạng thái thiết bị 16 3.6 Xây dựng mô hình thực nghiệm kết thực nghiệm mô hình Để kiểm chứng kết nghiên cứu, tác giả đ thiết kế mô hình vật lý hệ thống điều khiển trạm biến áp 35/10 kV, bao gồm phần tử sau: Hình 3.12 Hoạt động mô hình ®iỊu khiĨn tr¹m 35/10 cưa héi Modul ngn PS 307 -5A,CPU 314 6ES& 314 - 1AE01- 0AB0, modul ghÐp nèi IM 360 6ES7 360-3AA00-0AA0, modul vào số DI/DO: DI16/D016x24V/0,5A 6ES7 323 -1BL00- 0AA0 (hình 3.9) Tác giả đ chạy thử chơng trình mô hình, kết nh đ chạy mô máy tính 3.6 Nhận xét Đề tài luận án đ nghiên cứu đề giải pháp ứng dụng PLC việc điều khiển trạm biến áp 35/10 kV, đ xây dựng chơng trình sử dụng phần mềm WinCC để tạo giao diện máy tính nhằm giám sát trình hoạt động trạm, đ xây dựng chơng trình nhằm sử dụng PLC S7-300 cho việc điều khiển, mang đến khả điều khiển tự động trạm biến áp Việc kết hợp phần mềm WinCC với chơng trình điều khiển sử dụng PLC S7-300 cho khả giải đợc vấn đề điều khiển, giám sát từ xa; đáp ứng đợc yêu cầu tự động giám sát, tự động xử lý tình Để kiểm chứng kết nghiên cứu, tác giả đ xây dựng mô hình vật lý hệ thống điều khiển trạm biến áp 35/10 kV Các chơng trình đ đợc chạy thử mô hình vật lý, mang lại kết tốt cho thấy chơng trình đợc xây dựng đúng, hoàn toàn có khả áp dụng vào thực tiễn 17 Chơng Xây dựng hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung áp Vấn đề phân phối điện với chất lợng cao, ổn định liên tục đến khách hàng dùng điện thách thức lớn công ty điện lực nhất, tình trạng nguồn điện bị thiếu nghiêm trọng nh đòi hỏi khách hàng ngày cao Yêu cầu đặt trung tâm điều độ tỉnh phải điều khiển hệ thống phân phối điện hoạt động hiệu quả, liên tục, hạn chế cố, giảm thiểu thời gian điện Để đạt đợc điều thiết phải ứng dụng tự động hóa giám sát, vận hành điều khiển Mạng phân phối điện trung áp tỉnh Nghệ An cha ứng dụng công nghệ tự động việc giám sát điều khiển Việc theo dõi, giám sát điều hành hoạt động mạng tiến hành thủ công Từ việc theo dõi hoạt động mạng không đầy đủ, kịp thời Khi cố xẩy việc xác định vị trí cố chậm, thời gian khắc phục hậu kéo dài dẫn đến thời gian điện lớn Làm ảnh hởng đến sản xuất đời sống, gây thiệt hại cho kinh tế Hiện trạm biến áp 110/35/22,10 KV số trạm biến áp trung gian 35/10 kV đ bố trí thiết bị đóng cắt điều khiển từ xa Trong tủ điều khiển đ lắp đặt rơle thiết bị kỹ thuật số, điều kiện để bớc đầu đa tự động hóa vào số khâu chức mạng điện trung áp Căn tình hình thực tế, đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu xây dựng cấu trúc hệ thống đo lờng, giám sát điều khiển để tiến hành tự động hóa việc quản lý, điều hành hệ thống phân phối điện trung tâm Điều độ Điện lực địa phơng, vận dụng cụ thể việc tự động hóa công việc giám sát điều khiển mạng phân phối điện trung áp Điện lực Nghệ An Cụ thể nh sau: Cấu hình lại mạng điện, tổ chức mạng trung áp theo cấu trúc mạch vòng Bố trí trạm nút đóng cắt hợp lý, sử dụng thiết bị điều khiển từ xa Xây dựng hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung ¸p, thùc hiƯn tù ®éng gi¸m s¸t, ®iỊu khiĨn 4.1 Cấu hình lại mạng điện, tổ chức mạng trung áp theo cấu trúc mạch vòng, bố trí trạm nút đóng cắt điều khiển từ xa Đề tài đ nghiên cứu, tính toán tổ chức mạng trung áp theo cấu trúc mạch vòng, bố trí điểm nút đóng cắt hợp lý ®Ĩ nhanh chãng chun ®ỉi ngn cung cÊp cho trạm phân phối khách hàng xẩy cố trờng hợp cần sa thải phụ tải 18 4.1.1 Cấu hình lại mạng trung áp Để tạo thành cấu trúc mạch vòng, phải bổ sung tuyến trung áp để nối tuyến có sẵn Việc xác định tuyến bổ sung phải tình trạng tuyến có, nhu cầu tính chất phụ tải, khả cấp nguồn 4.1.2 Bố trí trạm nút đóng cắt điều khiển từ xa Bố trí trạm nút đóng cắt điểm đấu nối quan träng T¹i tr¹m sư dơng recloser cã bé phËn trun động điện, bố trí thiết bị điều khiển đóng cắt từ xa, hệ thống truyền thông để kết nối với trung tâm điều khiển 4.2 Xây dựng hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung áp 4.2.1 Xác định nhiệm vụ hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung áp Bảo vệ: Thực bảo vệ máy biến áp trạm biến áp trung gian 35kV Bảo vệ thiết bị, đờng dây trung áp tính từ xuất tuyến trạm biến áp 110 kV có ngắn mạch, tải, chạm đất v.v Đo lờng, thu thập liệu: Tự động đo lờng, thu thập liệu phần tử, bao gồm: - Dữ liệu trạng thái: Hệ thống tiến hành thu thập liệu trạng thái máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa - Dữ liệu tơng tự: Hệ thống tiến hành thu thập liệu công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp, dòng điện v.v - Dữ liệu tích lũy theo thời gian: Hệ thống tiến hành thu thập liệu điện KWh, KVARh.v.v Giám sát: Hệ thống tự động giám sát mạng phân phối điện trung áp suốt trình vận hành Cách thức giám sát nh sau: - Dữ liệu thu thập từ trạm đến Trung tâm điều khiển đợc máy tính xử lý: + Hiển thị sơ đồ, bảng biểu đồ thị + Đối với liệu trạng thái phát có thay đổi trạng thái hệ thống SCADA phát cảnh báo cho nhân viên vận hành + Đối với liệu đo xa, hệ thống kiểm tra so sánh liệu nhận đợc với ngỡng dới ngỡng đ đợc định trớc Nếu giá trị đo đợc bị vi phạm hệ thống phát cảnh báo cho ngời vận hành Điều khiển: Hệ thống thực điều khiển từ xa qua hệ thống truyền thông Lệnh điều khiển từ hệ thống SCADA trung tâm điều khiển thông qua kênh truyền đợc gửi đến RTU/PLC Lệnh điều khiển bao gồm: - Lệnh đóng cắt máy cắt - Lệnh điều khiển tăng, giảm 19 4.2.2 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động hóa mạng phân phối 4.2.2.1 Nguyên tắc Hệ thống tự động hóa mạng phân phối điện trung áp Nghệ An đợc xây dựng nguyên tắc kế thừa mạng điện cũ, khai thác triệt để thiết bị, phận khai thác tốt, đồng thời bổ sung thay thiết bị cũ, lạc hậu thiết bị mới, tiên tiến: Bảo vệ: Đối với trạm cha cải tạo tiến hành cải tạo, thay hệ thống bảo vệ, ®o l−êng, ®iỊu khiĨn cị b»ng hƯ thèng míi Sư dụng thiết bị kỹ thuật số kèm theo modul I/O để giao tiếp truyền thông Đối với trạm biến áp xây dựng, cải tạo đ sử dụng thiết bị kỹ thuật số giữ nguyên hệ thống bảo vệ có Bổ sung modul I/O cho rơle Đối với trạm biến áp xây dựng phải có phơng án bố trí thiết bị tơng thÝch víi hƯ thèng SCADA §o l−êng: Bỉ sung thiết bị đo lờng kỹ thuật số, tiến hành đo lờng thông số: dòng điện, điện áp, công suất, nhiệt độ chuyển thông tin đo xa Giá trị đo lờng đợc biểu thị dới dạng số đồ thị Giám sát: Lắp đặt cảm biến để thu thập thông tin nhằm giám sát tình trạng máy biến áp, tình trạng hệ thống đờng dây phân phối Giám sát trạng thái đóng cắt máy cắt, Recloser, dao cách ly v.v Điều khiển: Thực lệnh thao tác từ xa lên thiết bị: lệnh đóng cắt máy cắt, dao cắt có tải, Recloser; tự động điều chỉnh điện áp đầu phân áp máy biến áp Thực chức cấu hình hệ thống Truyền thông: Hệ thống đợc bố trí nhiều phơng tiện truyền dẫn, làm việc theo chế dự phòng nóng Bao gồm: Cáp quang FO, sóng siêu cao tần UHF Radio, thuê kênh trun dÉn PSTN cã nhiƯm vơ trun th«ng tin tõ Trung tâm điều khiển đến thiết bị đầu cuối ngợc lại Truyền thông từ trạm lên hệ thống sử dụng đờng truyền thông tuyến cáp quang (FO), phơng tiện vô tuyến (UHF Radio) 4.2.2.2 Mô hình nguyên lý Trong hệ thống này, giá trị đo lờng, thông tin trạng thái trạm biến áp, thiết bị phận đờng dây trung áp đợc tập hợp RTU/ PLC chuyển trung tâm điều khiển thông qua hệ thống truyền thông Hệ thống tiếp nhận thông tin từ trung tâm điều độ khác, ví dụ lệnh điều khiển đợc phát từ trung tâm điều độ khu vùc 20 4.2.3 X©y dùng cÊu tróc hƯ thèng 4.2.3.1 Tại trung tâm điều khiển: Tại trung tâm điều khiển thiết bị đợc bố trí hai phòng làm việc: phòng thiết bị phòng điều độ Phòng thiết bị - 02 máy chủ làm việc theo nguyên tắc dự phòng nóng Dữ liệu hai máy chủ đợc đồng lẫn Tại thời điểm có máy hoạt động, máy chế độ dự phòng nhng đợc cập nhật liệu - 01 máy tính quản trị - 01 máy chủ dùng để lu giữ liệu khứ ( HIS Server ) - 02 m¸y tÝnh tiỊn xư lý CFE1, CFE2 với cổng COM mở rộng Thông tin từ trạm lên trung tâm đợc tiếp nhận qua hai máy tiền xử lý Việc chuyển mạch thông tin đợc thực FBS ( Fall Back Switch ) - Các tủ thông tin với thiÕt bÞ PCm, Modem… - 04 bé radio: Master Radio, Idle Radio - Thiết bị đầu cuối RTU dùng để giám sát hệ thống điện tự dùng, nguồn ắc quy, điều khiển máy phát điện - Các chuyển mạch Cisco LAN 1,2 Phòng đặt thiết bị Hệ thống máy chiếu (projecter) Máy tính quản trị Phịng vận hành Các trạm làm việc Điều độ viên SERVER lưu giữ Dữ liệu khứ Các server HOT LAN Switch STANDBY Máy in laser A4 Bộ tiền xử lý vào - M áy in laser A3 M áy in màu A3 LAN Switch GPS Đồng thời gian hệ thống từ vệ tinh GPS Í/Os Local RTU Hệ thống thông tin Radio Tấn số: 407,175 MHz, 407,225 MHz, 407,725 MHz Cáp quang, kênh t ruyền dẫn 2mb Modem Í/Os RTU Trạm biến áp cao Í/Os RTU Trạm 35KV R Í/Os Recloser RTU R Í/Os RTU R LBS H×nh 4-3: Cấu hình phần cứng hệ thống Phòng điều độ: Các thiết bị phòng gồm có: 02 máy trạm; loại máy tính, máy in, máy phóng hình; Thiết bị cảnh báo; thiết bị chuyển mạch Cisco LAN 3,4 Hệ thống mạng LAN trung tâm đợc thiết kế dạng vòng RING với 04 Switch Các máy tính đợc thiết kế với hai cổng mạng LAN, đảm bảo kết nối liên tục với hệ thống Phần mềm chuyên dụng: Tại trung tâm điều khiển sử dụng hai phần mềm chuyên dụng: phần mềm SCADA (phần mềm điều khiển giám sát thu thập liệu) phần mềm DMS (phần mềm hệ thống quản lý phân phối) 21 Phòng nguồn: Để đảm bảo nguồn điện ổn định cho trung tâm, phòng nguồn bố trí 02 UPS c«ng suÊt x 15 KVA Nguån 220V từ lới cấp điện cho thiết bị trung tâm qua UPS Tại trung tâm đợc bố trí hệ thống ắc quy máy phát điện dự phòng công suất 20 KVA 4.2.3.2 Tại trạm biến áp 110/35/22 kV Hệ thống rơle bảo vệ, tự động, đo lờng điều khiển a Bảo vệ rơle Tiếp tục sử dụng rơle bảo vệ số có Lắp đặt thêm modul I/O để thực giao tiếp rơle với hệ thống b Điều khiển Thực cấu trúc ba cấp: - Cấp thiết bị đóng cắt: cho phép điều khiển thiết bị đóng cắt số trờng hợp theo sơ đồ logic khóa lựa chọn điều khiển " điều khiển/từ xa " nút điều khiển đóng cắt Sử dụng lại hệ thống điều khiển có trạm - Cấp thiết bị điều khiển bảo vệ: bao gồm thiết bị bảo vệ điều khiển cho ngăn lộ, liên động điều khiển ngăn lộ liên kết ngăn lộ Sử dụng lại hệ thống điều khiển có trạm - Hệ thống máy tính điều khiển từ xa: thiết bị bảo vệ điều khiển ngăn lộ đợc kết nối RTU/PLC, qua hƯ thèng trun th«ng kÕt nèi vỊ trung tâm Điều độ Điện lực Ngệ An, đảm bảo giám sát điều khiển trạm từ trung tâm điều khiển Hệ thống kết nối đến trung tâm điều khiển phân phối th«ng qua giao thøc 60870 - - 101 Sư dụng lại tủ, bảng điều khiển hệ thống rơle bảo vệ Đồng thời tiến hành lắp số thiết bị nh sau: Lắp tủ RTU, bố trí 01 RTU thiết bị mới, hàng kẹp để lấy tín hiệu, đo lờng Thiết bị đầu cuối chọn loại RTU 560 h ng ABB 4.2.3.3 Tại trạm biến áp trung gian 35/10KV Sử dụng lại tủ, bảng điều khiển hệ thống rơle bảo vệ Đồng thời tiến hành lắp số thiết bị: Lắp tủ điều khiển, bố trí 01 PLC thiết bị có nhiệm vụ: - Kết nối với rơle thiết bị đo lờng để thu thập tín hiệu trạng thái thiết bị, tín hiệu rơle bảo vệ tín hiệu đo lờng - Kết nối với cảm biến để thu nhận tín hiệu trạng thái máy biến áp - Kết nối trực tiếp với thiết bị điều áp AVR để thu thập tín hiệu điều khiển nấc phân áp máy biến áp - Thực lệnh điều khiển trạm - Truyền thông tin liệu từ trạm Trung tâm Điều độ Điện lực - Nhận lệnh điều khiển từ Trung tâm chuyển cho thiết bị để thực 22 Để truyền thông trạm Trung gian 35/10kV Trung tâm điều khiển, sử dụng hệ thống thông tin UHF 4.2.4.4 Tại trạm đóng cắt: Phơng án kết nối tín hiệu giám sát, đo lờng, điều khiển thiết bị trạm với RTU: Tại trạm hệ thống SCADA giám sát điều khiển 02 Recloser xuất tuyến lấy tín hiệu đo lờng tõ 03 bé TI, 03 bé TU (xem b¶n vÏ kết cấu trạm cắt với 02 xuất tuyến kèm theo) Căn bảng sở liệu trạm, đề xuất sử dụng loại RTU REC 523D 033/038-AA(ABB) 4.2.4 Xây dựng Hệ thống truyền thông 4.2.4.1 Phơng thức truyền thông Các tín hiệu đo lờng, bảo vệ trạng thái máy cắt, dao cách ly, máy biến áp trạm đợc tập hợp PLC Qua chuyển mạch đợc truyền qua kênh truyền dẫn Trung tâm điều độ Kênh truyền dẫn sử dụng cáp quang, vi ba, radio, tải ba đợc dự phòng Tại Trung tâm điều độ sử dụng thiết bị tiỊn xư lý CFE (Computor front end) ®Ĩ xư lý tín hiệu khác trớc đa tín hiệu vỊ m¸y tÝnh chđ CFE cã nhiƯm vơ tËp trung liệu (Concentrator) đồng thời có nhiệm vụ chuyển đổi giao thøc 23 4.2.5.2 CÊu tróc HƯ thèng trun thông Tại Trung tâm điều độ bố trí thiết bị chuyển mạch, modem; tổ chức tuyến cáp quang kết nối Trung tâm điều độ Điện lực với Trung tâm điều hành mạng viễn thông Tại trạm 110 kV, trạm trung gian 35 kV đ có cột BTS đợc kết nối với mạng cáp quang chung bố trí modem, thiết bị chuyển mạch để kết nối PLC trạm tới mạng cáp quang Tại trạm cắt bố trí thiết bị radio, kết nối PLC trạm tới trạm BTS sau qua mạng cáp quang viễn thông điện lực ®Ĩ kÕt nèi tíi Trung t©m ®iỊu ®é Trong ®Ị tài đ tính toán đề xuất phơng án trang bị thiết bị truyền dẫn cho trạm 110, 35 kV trạm đóng cắt Sau sơ đồ hệ thống truyền thông từ trạm cắt, trạm trung gian trạm biến áp 110 kV khu vực Cửa Lò Trung tâm Điều độ Điện lực 4.3 Nhận xét: Đề tài đ xây dựng đợc cấu trúc hệ thống tự động hóa hợp lý để tự động hóa mạng phân phối điện trung áp điều kiện Việt Nam, xây dựng cụ thể cho mạng phân phối điện trung áp tỉnh Nghệ An Đ đề xuất việc sử dụng thiết bị phần cứng cho hệ thống tự động hóa Đề tài đ xây dựng đợc mô hình hệ thống truyền thông phục vụ công tác giám sát, điều khiển từ xa mạng phân phối điện trung áp, đa sơ đồ bố trí hệ thống truyền thông giải pháp sử dụng phơng tiện truyền thông để đảm bảo công tác truyền thông liên tục, không gián đoạn Kết luận Để hệ thống phân phối điện hoạt động liên tục, hạn chế cố, giảm thiểu thời gian điện, thiết phải tiến hành tự động hóa hệ thống phân phối điện Đề tài đ tiến hành khảo sát, phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu, triển khai tự động hóa lĩnh vực phân phối điện giới Việt Nam Đánh giá u, nhợc điểm mô hình hệ thống tự động hóa phân phối điện, từ đề xuất mô hình phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Đề tài đ khảo sát, đánh giá thực trạng mạng phân phối điện trung áp khả ứng dụng tự động hóa việc bảo vệ, đo lờng, giám sát điều khiển Điện lực tỉnh Miền Trung tập trung Điện lực Nghệ An Đề tài đ tiến hành khảo sát, đánh giá thực trạng khả hệ thống truyền thông khu vực Nghệ An việc đáp ứng yêu cầu truyền thông tin liệu phục vụ công tác giám sát từ xa tự động điều khiển mạng phân phối điện trung áp 24 Trên sở thực tế Việt Nam, đề tài đ nghiên cứu giải pháp cụ thể, xây dựng cấu trúc hệ thống đo lờng, giám sát điều khiển phù hợp để tiến hành tự động hóa việc quản lý, điều khiển, vận hành tự động trạm biến áp 35/10kV đồng thời đề xuất mô hình giám sát, điều hành mạng phân phối điện trung áp trung tâm Điều độ Điện lực tỉnh áp dụng cụ thể cho việc giám sát, điều hành mạng phân phối điện trung áp Nghệ An Kết đề tài: Đánh giá tổng quan Hệ thống tự động hoá phân phối điện đại Tổng hợp, phân tích, đánh giá công nghệ, trang thiết bị tạo nên Hệ thống tự động hóa phân phối điện trung áp Đ tiến hành phân tích, đánh giá dạng cấu trúc hệ thống giám sát, điều khiển tự động hệ thống phân phối điện trung áp; sở u nhợc điểm dạng cấu trúc để làm cho việc ứng dụng vào điều kiện thực tế mạng phân phối điện trung áp Việt Nam Đ xây dựng đợc chơng trình giám sát điều khiển, đề xuất mô hình tự động hóa trạm biến áp 35/10kV Chơng trình đ đợc thực nghiệm mô hình vật lý, cho kết phù hợp Đ phân tích xây dựng đợc cấu trúc hợp lý để tự động hóa mạng phân phối điện trung áp điều kiện Việt Nam, xây dựng cụ thể cho mạng phân phối điện trung áp tỉnh Nghệ An Đ xây dựng đợc mô hình hệ thống truyền thông phục vụ công tác giám sát, điều khiển từ xa mạng phân phối điện trung áp Các đề nghị Các cấp cã thÈm qun cho thùc hiƯn c¸c dù ¸n thư nghiệm để rút kinh nghiệm tiến hành triển khai ứng dụng tự động hóa lĩnh vực phân phối điện trung áp: Trên sở kết nghiên cứu triển khai thực tế trạm 35/10kV Cửa Hội, đề nghị cho áp dụng rộng r i việc ứng dụng PLC phần mềm WinCC giám sát, điều khiển trạm 35/10 kV Đề nghị ngành Điện đầu t cho việc thiết kế, lắp đặt Hệ thống tự động giám sát điều khiển mạng phân phối điện trung áp địa phơng để nâng cao chất lợng quản lý, vận hành ... dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất Cao việt dũng Nghiên cứu ứng dụng tự động hóa để nâng cao chất lợng mạng điện trung áp tỉnh nghệ an Chuyên ngành: Tự động hãa má M· sè: 62.52.60.15 luËn... thống tự động hóa mạng phân phối điện, đa giải pháp ứng dụng tự động hóa vào mạng phân phối điện trung áp địa phơng, áp dụng cho trờng hợp cụ thể Nghệ An từ góp phần nâng cao chất lợng làm việc mạng. .. tự động giám sát, điều khiển trạm biến áp 35/10 kV, làm sở cho việc tự động hóa mạng phân phối điện trung áp tỉnh Các phơng pháp nghiên cứu Luận án đợc xây dựng sở sử dụng phơng pháp nghiên cứu