Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống scada công ty điện lực sơn la và giải pháp khắc phục một số hạn chế trong công tác vận hành​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG TÁC VẬN HÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG TÁC VẬN HÀNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Chí Thái Nguyên – năm 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Hải Nam Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La giải pháp khắc phục số hạn chế công tác vận hành Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 10/10/2020 với nội dung sau: - Sửa sai sót lỗi tả, lỗi chế bản, đánh số mục lục Thái Nguyên, ngày 05 tháng 11 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Văn Chí Nguyễn Hải Nam CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Thanh Hà i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Hải Nam Sinh ngày: 10/7/1989 Học viên lớp cao học: Khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công ty Điện lực Sơn La Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La giải pháp khắc phục số hạn chế cơng tác vận hành” PGS.TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 11 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Hải Nam ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La giải pháp khắc phục số hạn chế công tác vận hành” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PSG TS Nguyễn Văn Chí tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Phòng quản lý đào tạo sau đại học, thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập trình nghiên cứu đề tài Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 11 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Hải Nam iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA 1.1Giới thiệu chung lưới điện Công ty Điện lực S 1.2Tổng quan hệ thống SCADA trung tâm Điều 1.2.1Chức hệ thố 1.2.2Hệ thống SCADA 1.3Các chức hệ thống SCADA 1.3.1Các chức E 1.3.2Các chức D 1.4Các đặc tính kỹ thuật hệ thống thơng tin SC 1.4.1Truyền thơng 1.4.2Khu vực chun 1.4.3Tính bảo mật áp 1.5Các vấn đề đặt với hệ thống SCADA 1.6Kết luận chương CHƯƠNG GIẢI PHÁP GHÉP NỐI RECLOSER VÀ THIẾT BỊ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀO HỆ THỐNG SCADA 2.1Yêu cầu công nghệ 2.2 Giải pháp kết nối Recloser vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa 2.2.1 Phương án ghép nối phần cứng Trung tâm điều khiển xa iv 2.2.2 Phương án ghép nối phần mềm 25 2.2.3 Phương thức kết nối Recloser .27 2.2.4 Phương thức kết nối thiết bị Recloser Trung tâm điều khiển đường truyền cáp quang 28 2.3 Giải pháp kết nối thiết bị nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA .29 2.3.1 Phương án ghép nối phần cứng Trung tâm điều khiển xa 29 2.3.2 Phương án ghép nối phần mềm .30 2.3.3 Phương thức kết nối thiết bị nhà máy thủy điện .31 2.3.4 Phương thức kết nối thiết bị nhà máy thủy điện trung tâm điều khiển xa đường truyền cáp quang .32 2.4 Phương thức kết nối Trung tâm điều khiển xa 33 2.5 Kết luận chương 34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA, ÁP DỤNG GHÉP NỐI CÁC RECLOSER VÀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀO HỆ THỐNG SCADA 35 3.1 Các ứng dụng hệ thống SCADA khai thác Trung tâm điều khiển xa Sơn La 35 3.2 Ứng dụng ghép nối hệ thống máy cắt Recloser thiết bị nhà máy thủy điện lưới vào hệ thống SCADA Spectrum Power .38 3.2.1 Ghép nối hệ thống máy cắt Recloser lưới trung 38 3.2.2 Ghép nối tín hiệu nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển 47 3.3 Kết luận chung chương 54 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 v KÝ HIỆU VIẾT TẮT Viết tắt SCADA RTU EMS DMS LAN ICCP GPS Clock TTĐKX NMTĐ OMS Recloser SAIFI MAIFI SAIDI vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ kết nối tổng thể Trung tâm điều khiển xa Hình 1.2 Hệ thống máy chủ SCADA Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser Trung tâm điều khiển xa 25 Hình 2.2: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser Trung tâm điều khiển xa 28 Hình 2.3: Sơ đồ tổng quan kết nối Recloser hệ thống scada 29 Hình 3.1: Công cụ báo cáo phần mềm Spectrum 37 Hình 3.2: Bảng tín hiệu máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 39 Hình 3.3: Bảng datalist tín hiệu bảo vệ Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 40 Hình 3.4: Datalist tín hiệu bảo vệ máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 41 Hình 3.5: Bảng datalist tín hiệu đo lường Recloser PĐ 373/172 Cao Đa .42 Hình 3.6: Gán Links đường dẫn tín hiệu Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 43 Hình 3.7: Giao diện giám sát máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 43 Hình 3.8: Sơ đồ lưới trung hình máy tính HMI 44 Hình 3.9: Các tín hiệu máy cắt Recloser kết nối TTĐK 45 Hình 3.10: Các thơng số kết nối máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 46 Hình 3.11: Thực vẽ sơ đồ nguyên lý NMTĐ A17.48 Nậm Trai .47 Hình 3.12: Data list thơng số vận hành NMTĐ A17.48 Nậm Trai .48 Hình 3.13: Link ghép nối ngăn lộ MC 372 A17.48 Nậm Trai 49 Hình 3.14: Data list thông số NMTĐ A17.48 Nậm Trai 50 Hình 3.15: Sơ đồ, tín hiệu thiết bị NMTĐ A17.48 Nậm Trai 51 Hình 3.16: Thơng số kết nối tổ máy H2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai 52 Hình 3.17: Thơng số cấu hình đường truyền NMTĐ A17.48 Nậm Trai .52 Hình 3.18: Data list lấy từ ngăn lộ T2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai 53 Hình 3.19: Data list lấy từ ngăn lộ Trung áp NMTĐ A17.48 Nậm Trai 53 vii Hình 3.6: Gán Links đường dẫn tín hiệu Recloser PĐ 373/172 Cao Đa Thực gán địa tín hiệu bảo vệ, đo lường…đã tạo kho liệu database vào sơ đồ giao điện mô Kết bước đầu sau triển khai: Sau thực theo hướng giải pháp triển khai, thực tích hợp chức giám sát điều khiển thu thập liệu Recloser Nulec với tủ AVDC có giao thức truyền tin IEC 104 vào phần mềm SCADA trung tâm điều khiển xa Sơn La Kết thể qua hình ảnh sau: Hình 3.7: Giao diện giám sát máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa 43 Áp dụng tương tự phương pháp với loại máy cắt recloser Nulec sử dụng tủ AVDC có giao thức truyền tin IEC 104 kết nối hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa đạt kết tốt Hình 3.8: Sơ đồ lưới trung hình máy tính HMI 44 Kết bước đầu kết nối thể trạng thái máy cắt Recloser lưới trung hệ thống SCADA, hiển thị sơ đồ giao diện trực quan dễ nắm bắt, đánh giá ban đầu phương thức kết nối máy cắt Recloser lưới qua giao thức IEC 104 đảm bảo chất lượng đường truyền ổn định, tốc độ kết nối nhanh, không xảy trường hợp kết nối, trạng thái máy cắt thơng số đo lường, tín hiệu bảo vệ cập nhập tức thì, xác giúp cho q trình vận hành nhanh chóng nắm bắt thơng tin trạng thái thiết bị lưới điện Hình 3.9: Các tín hiệu máy cắt Recloser kết nối TTĐK Các tín hiệu máy cắt Recloser kết nối vào hệ thống SCADA đầy đủ, hiển thị chi tiết trạng thái, thông tin liên quan như: - Điều khiển trực tiếp Recloser lưới - Giám sát tín hiệu trạng thái máy cắt Đóng/ Cắt - Giám sát tình trạng máy cắt: tình trạng áp lực khí SF6, tình trạng lị xo căng/ chưa căng, nguồn cấp AC cho động lên cót, vị trí làm việc máy cắt (vị trí thí nghiệm, vị trí làm việc hay vị trí sửa chữa…) 45 - Cơng suất tác dụng, phản kháng, điện áp, dòng điện…qua máy cắt - Các nhóm chức bảo vệ, chế độ tự đóng lặp lại trạng thái cập nhập tín hiệu có tốt hay kết nối, thời gian cập nhập tín hiệu gần hiển thị giúp nắm tình trạng vận hành thiết bị Hình 3.10: Các thông số kết nối máy cắt Recloser PĐ 373/172 Cao Đa Ngồi thơng số nêu thông tin cố máy cắt tác động chưa trích xuất hiển thị hệ thống SCADA Nguyên nhân thông tin cố ghi cố khơng có địa riêng tín hiệu nên chưa có phương án trích xuất để thị hệ thống Khi có cố nhân viên vận hành phải thực khai thác thơng tin cố máy tính riêng cài đặt phần mềm hãng 46 3.2.2 Ghép nối tín hiệu nhà máy thủy điện vào hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển Thông thường nhà máy thủy điện trang bị hệ thống DCS để tích hợp tồn thơng tin nhà máy bao gồm từ thiết bị công nghệ, lượng, thiết bị điện, trạm biến áp đầu hệ thống phụ trợ phục vụ công tác giám sát điều khiển chỗ nhà máy Với sơ đồ kết dây thiết kế yêu cầu công tác vận hành Điều độ đáp ứng nhu cầu kết nối giám sát tín hiệu với hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa Sơn La, thực kết nối tín hiệu cần trao đổi nhà máy thủy điện Trung tâm điều khiển xa Hình 3.11: Thực vẽ sơ đồ nguyên lý NMTĐ A17.48 Nậm Trai 47 Hình 3.12: Data list thơng số vận hành NMTĐ A17.48 Nậm Trai 48 Hình 3.13: Link ghép nối ngăn lộ MC 372 A17.48 Nậm Trai 49 Hình 3.14: Data list thông số NMTĐ A17.48 Nậm Trai 50 triển khai thực tích hợp chức thu thập, giám sát trạng thái, đo lường, bảo vệ nhà máy thủy điện Nậm Trai có giao thức truyền tin IEC 60870-5-104 vào phần mềm SCADA trung tâm điều khiển xa Sơn La Hình 3.15: Sơ đồ, tín hiệu thiết bị NMTĐ A17.48 Nậm Trai 51 Hình 3.16: Thơng số kết nối tổ máy H2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai Các thông số kết nối so sánh kiểm tra đạt xác tức thời hệ thống điều khiển nhà máy Qua nhân viên vận hành Trung tâm điều khiển nắm bắt xác liên tục trình vận hành trạng thái tức thời thiết bị nhà máy Hình 3.17: Thơng số cấu hình đường truyền NMTĐ A17.48 Nậm Trai 52 Hình 3.18: Data list lấy từ ngăn lộ T2 NMTĐ A17.48 Nậm Trai Hình 3.19: Data list lấy từ ngăn lộ Trung áp NMTĐ A17.48 Nậm Trai 53 3.3 Kết luận chung chương 54 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN Trên sở nghiên cứu, phân tích hệ thống SCADA Trung tâm điều khiển xa Sơn La cho thấy việc ứng dụng phần mềm SCADA Spectrum power vào vận hành hệ thống điện đem lại hiệu tích cực công tác quản lý vận hành Điều độ: Luận văn thực phân tích đưa số điểm tồn bất cập trình vận hành việc sử dụng phần mềm hãng để giám sát, điều khiển thu thập liệu máy cắt recloser lưới trung việc giám sát, quản lý điều hành nhà máy thủy điện nhỏ hệ thống Việc sử dụng phần mềm hãng gây việc tốn nhiều tài nguyên thiết bị phục vụ cài đặt máy cắt recloser để quản lý vận hành, việc sử dụng nhiều máy tính để cài đặt phần mềm tốn rât nhiều đầu tư mua sắm thiết bị cấu hình cao phục vụ cài đặt phần mềm, trạng lưới điện tỉnh Sơn La ngày phát triển, số lượng máy cắt Recloser nhiều, với số lượng gần 80 máy cắt chủng loại, chủng loại cần sử dụng phần mềm hãng riêng gây khó khăn cơng tác quản lý khai thác Trong tỉnh Sơn La tỉnh đặc thù với nhiều nhà máy thủy điện nhỏ nằm rải rác hầu khắp huyện, việc giám sát điều hành công suất phát nhà máy thường gặp khó khăn Việc tận dụng hệ thống phần cứng phần mềm SCADA sẵn có Trung tâm điều khiển để kết nối Recloser thiết bị nhà máy thủy điện, việc kết nối đảm bảo khả giám sát liên tục tình trạng, thông số máy cắt Recloser lưới, trạng thái tổ máy phát, máy cắt, thông số U, I, P, Q thời gian thực, từ nhân viên vận hành nắm bắt kịp thời tình trạng hoạt động thiết bị lưới điện giúp cho trình điều hành lưới điện hoạt động ổn định, tin cậy, đảm bảo cung cấp chất lượng điện Sử dụng phần mềm thống giám sát, thu thập, điều khiển thiết bị điện, thông số đường dây, nhà máy thủy điện hịa vào hệ thống, 55 thuận tiện cho q trình thao tác, hạn chế phải đào tạo, sử dụng nhiều thiết bị khác vận hành Thuận tiện việc giám sát, tổng hợp báo cáo, phân tích cố, tạo tiền việc tự động hóa lưới điện sau Khai thác tối đa chức phần mềm Spectrum Power tính tốn DMS, EMS Nâng cao hiệu suất làm việc nhờ áp dụng cơng nghệ thơng tin vào q trình quản lý vận hành Việc kết nối giảm thời gian điện theo tiêu chí độ tin cậy cung cấp điện MAIFI, SAIFI, SAIDI Là bước chuẩn bị quan trọng để triển khai OMS, DMS PC Sơn La giai đoạn tiếp dự án Xây dựng TTĐK xa TBA không người trực NPC Do thời gian khả hạn chế nên luận văn tập chung việc nghiên cứu, phân tích đặc tính kỹ thuật hệ thống SCADA ứng dụng việc ghép nối hệ thống máy cắt Recloser lưới, hệ thống thiết bị nhà máy thủy điện nhỏ Trung tâm điều khiển chưa triệt để, tồn diện, sâu vào vấn đề ảnh hưởng đến trình vận hành hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 Văn số số 404/EVN NPC-KT + CNTT ngày 28/01/2019 Tổng công ty Điện lực Miền Bắc việc Sử dụng mạng di động làm kênh truyền kết nối điều khiển xa thiết bị lưới điện trung thế; Quyết định số 177/QĐ-EVN ngày 02/10/2015 EVN phê duyệt đề án nâng cao hiệu SXKD suất lao động giai đoạn 2016-2020 Tổng Công ty Điện lực miền Bắc có nhiệm vụ xây dựng đề án phát triển trung tâm điều khiển xa (TTĐKX) TBA không người trực ; Quyết định số 176/QĐ-EVN ngày 4/3/2016 V/v: Ban hành quy định hệ thống điều khiển trạm biến áp 500kV, 220kV, 110kV Tập đoàn Điện lực quốc gia Việt Nam; Công văn số 4725/EVN – KTSX ngày 11/11/2015 Tập đoàn Điện lực Việt Nam việc: Định hướng phát triển Trung tâm điều khiển xa TBA không người trực; Quy trình Điều độ hệ thống điện quốc gia ban hành theo Thông tư 40/2014/TT-BCT ngày 5/11/2014 Bộ Trưởng Bộ Cơng Thương có hiệu lực thi hành từ 24/12/2014; Thông tư quy định Hệ thống điện phân phối: Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015; Quy phạm xây dựng cơng trình thơng tin cáp quang TCN 68-178: 1999; 57 ... CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HẢI NAM NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA CÔNG TY ĐIỆN LỰC SƠN LA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC MỘT SỐ HẠN CHẾ TRONG CÔNG TÁC VẬN HÀNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8.52.02.01 LUẬN VĂN... VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Hải Nam Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La giải pháp khắc phục số hạn chế công tác vận hành Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. .. thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công ty Điện lực Sơn La Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: ? ?Nghiên cứu hệ thống SCADA Công ty Điện lực Sơn La giải pháp