(Luận văn thạc sĩ) hệ thống tích hợp bảo vệ và điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ CAO CƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, 2012 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: MAI VĂN LÊ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1977 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Ấp Giồng Trôm – Xã Nhuận Phú Tân – Huyện Mỏ Cày Bắc – Tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 10/23/3 – Đặng Văn Bi – F Trường Thọ - Q Thủ Đức – TP HCM Điện thoại quan: 08 37313513 Điện thoại nhà riêng: 0937.743388 Fax: E-mail: maivle77@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Đại Học Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/1998 đến 2/2003 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Mơn thi tốt nghiệp: Chuyên đề cung cấp điện Giao tiếp với máy tính Quản lý dự án III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2/2003 – Nơi công tác Công Ty TNHH TM Nguyên Hà HVTH: MAI VĂN LÊ -i- Cơng việc đảm nhiệm Kỹ Thuật Viên GVHD: TS NGƠ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC 5/2004 5/2004 – 11/2005 11/2005 – 10/2012 Kỹ Thuật Viên Công Ty PepSiCo - VN Trường Cao Đẳng Công Thương TP HCM HVTH: MAI VĂN LÊ -i- Giảng Viên GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Ngô Cao Cường trực tiếp hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM truyền đạt kiến thức, định hƣớng nghiên cứu suốt trình học tập trƣờng Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi anh kỹ sư nhƣ anh công nhân vận hành trạm Đặc biệt anh Trưởng trạm biến áp 200/110/22kV Thuận An Tôi xin gởi lời cảm ơn chân tình đến bạn bè, đồng nghiệp, người thân gia đình động viên hỗ trợ tơi sống, học tập nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - iii- GVHD: TS NGÔ CAO CƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 10 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) Mai Văn Lê HVTH: MAI VĂN LÊ - ii - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Tóm tắt v Danh sách hình vi Danh sách bảng vii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài……………………………………………………………1 1.2 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………2 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể, đối tượng nghiên cứu………………………2 1.4 Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………………2 1.5 Nội dung luận văn…………………………………………………………… 1.6 Ý nghĩa đề tài………………………………………………………………… Chương 2: TỔNG QUAN TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP ……………………4 2.1 Giới thiệu hệ thống tự động trạm biến áp………………………… 2.2 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm biến áp……………………… 2.3 Quá trình phát triển hệ thống điều khiển tích hợp……………………… 2.4 Tổng quan hệ thống điều khiển tích hợp………………………………… 2.5 Các thiết bị điện tử thông minh IEDs……………………………………… 10 2.6 Giới thiệu LN………………………………………………………………12 2.7 Giao thức trạm biến áp (Protocol)…………………………………… 15 2.8 Sự phát triển dự án truyền thông…………………………………… 21 2.9 Kiến thức truyền thơng…………………………………………… 25 Chương 3: CÁC MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG THEO TIÊU CHUẨN TRUYỀN THÔNG IEC 61850………………………………………………………………… 28 3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850…………………………… 28 3.2 Cấu trúc tạm biến áp tự động hóa theo tiêu chuẩn IEC 61850……………… 31 3.3 Mơ hình theo hướng tiếp cận………………………………………………… 40 3.4 Quan sát theo hướng ứng dụng……………………………………………… 49 3.5 Quan sát theo hướng thiết bị………………………………………………… 51 3.6 Quan sát theo hướng trao đổi thông tin……………………………………… 53 3.7 Điểm liên kết trao đổi thông tin thiết bị vật lý mơ hình ứng dụng… 56 3.8 Mối quan hệ IEC 61850 – 7-2, 7-3, 7-4………………………………… 57 HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC 3.9 Lập bảng đồ ACSI vào hệ thống trao đổi thông tin thực…………………… 60 3.10 Mơ hình lớp liệu………………………………………………………… 64 3.11 Thiết lập tên………………………………………………………………… 67 Chương 4: NHỮNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850………………………………………………………………………………… 68 4.1 Mơ hình hóa thực lớp Logical Nodes………………………………… 68 4.2 Thực mô hình liệu (Data) đặc tính liệu (Data Attributes)…… 77 4.3 Mơ hình hóa thực DataSet………………………………………… 84 4.4 Mơ hình hóa thực Logical Devices……………………………… 88 4.5 Mơ hình hóa thực máy chủ (Server)…………………………… 91 4.6 Mơ hình cố trạm tổng thể (GSE-Generic substation event class model)… 93 4.7 Truyền liệu Sampled Value (SV)………………………………………… 99 4.8 Mơ hình thực khối Setting Group Control Block………………… 103 4.9 Báo cáo ghi nhật ký:…………………………………………………… 108 Chương 5: PHÂN TÍCH CẤU HÌNH NGƠN NGỮ VÀ MƠ TẢ CẤU TRÚC TRẠM THEO TIÊU CHUẨN IEC 61850……………………………………… 111 5.1 Giới thiệu ngôn ngữ SCL (Substation Configuration Language)………… 111 5.2 Phân tích bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850……… 115 5.3 Mở rộng ứng dụng tiêu chuẩn IEC 61850-GOOSE: ……………………122 5.4 Áp dụng giao thức theo IEC 61850 cho trạm cũ…………………… 123 5.5 Các yêu cầu cho hệ thống dự phòng:……………………………………… 126 Chương 6: HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV THUẬN AN…………………………………………………… 127 6.1 Giới thiện trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……………………… 127 6.2 Sơ đồ đường dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……… 128 6.3 Điều khiển xa trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An……………………….129 6.4 Tủ thiết bị điều khiển ngăn lộ trạm………………………………130 6.5 Đánh giá ưu điểm trạm tích hợp 220/110/22kV Thuận An…………… 131 Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………… 133 7.1 Kết luận………………………………………………………………………133 7.2 Hướng phát triển đề tài…………………………………………………… 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: MAI VĂN LÊ - iv - GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài Hầu hết trạm biến áp Việt Nam với cấp điện áp từ 110kV, 220kV đến 500kV xây dựng trước thiết kế xây dựng theo phương pháp truyền thống Trạm biến áp xây dựng theo kiểu truyền thống có nhiều ưu điểm: độ tin cậy cung cấp điện chứng minh, cơng nhân vận hành, sửa chữa bảo hành bảo trì trạm, sơ đồ nối dây đơn giản Tuy nhiên, với phát triển nay, độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi ngày cao, phát triển nhanh chóng phụ tải làm cho trạm khó thích nghi khả mở rộng, có cố khơng cảnh báo kịp thời nên khó phát khắc phục cố dẫn đến thời gian điện kéo dài Trước tình hình chuẩn quốc tế việc xây dựng trạm tự động hóa đời khắc phục nhược điểm trạm truyền thống chuẩn IEC 61850 Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850 việc thiết kế xây dựng trạm tự động hóa có tên gọi: Hệ thống tích hợp bảo vệ điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 Với mục đích nghiên cứu tìm hiểu chuẩn IEC 61850 để trở thành tài liệu tham khảo phục vụ cho công việc thiết kế trạm vận hành trạm Bên cạnh đề tài tìm hiểu kiến thức thực tế trạm tự động hóa thiết kế xây dựng theo tiêu chuẩn trạm tích hợp, tự động điều khiển chuẩn IEC 61850 Cụ thể trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An EVN đầu tư xây dựng vào hoạt động Trong trình làm việc trạm chứng minh tính đắn thực tế lý thuyết tiêu chuẩn IEC 61850 bộc lộ ưu điểm vượt bậc mà trạm biến áp truyền thống khơng có IEC 61850 chuẩn trạm tích hợp, tự động điều khiển trở thành tiêu chuẩn quốc tế xây dựng trạm tự động hóa mà nhiều nước giới áp dụng có Việt Nam HVTH: MAI VĂN LÊ -1- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu chuẩn IEC 61850_Full_Standard bao gồm 14 phần chia thành 10 chủ đề chính, trình bày cách đầy đủ, chi tiết yêu cầu công việc thiết kế, vận hành, giao tiếp, trạm biến áp tự động hóa Đề tài tìm hiểu báo đăng tải tác giả nước nói mảng cụ thể tiêu chuẩn, kinh nghiệm có tác giả cơng việc thiết kế, xây dựng vận hành trạm tự động hóa Bên cạnh tác giả tìm hiểu trình xây dựng vận hành trạm biến áp Việt Nam đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn IEC 61850 Trong trình nghiên cứu phần tổng hợp kiến thức thực tế góp phần vào hiểu biết đắn tiểu chuẩn trạm tích hợp IEC 61850 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu: - Mục đích nghiên cứu: cung cấp tài liệu tham khảo việc thiết kế, xây dựng trạm biến áp tự động hóa theo chuẩn IEC 61850 cho kỹ sư công nhân vận hành trạm - Khách thể nghiên cứu: Trạm biến tích hợp 220/110/22kV Thuận An - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tích hợp bảo vệ điều khiển trạm điện chuẩn IEC 61850 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn quốc tế xây dựng trạm biến áp tự động hóa IEC 61850 việc ứng dụng xây dựng trạm Việt Nam 1.5 Nội dung luận văn: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tổng quan tự động hóa trạm biến áp Chương 3: Các mơ hình đối tượng theo tiêu chuẩn truyền thông IEC 61850 Chương 4: Những giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn HVTH: MAI VĂN LÊ -2- LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG khiển từ xa (giao diện điều khiển từ xa) Trao đổi thông tin qua giao diện với mức ngăn qua giao diện với phận dịch vụ, giao diện 10 với trung tâm điều độ Các thiết bị hệ thống SAS lắp đặt mặt vật lý mức chức khác (trạm, ngăn, thi hành): - Thiết bị mức thi hành giao diện thi hành từ xa điển đầu vào/ra (I/O), cảm biến thông minh cấu chấp hành nối kết đường dẫn mức thi hành - Thiết bị mức ngăn bao gồm đơn vị điều khiển, bảo vệ, giám sát cho ngăn - Thiết bị mức trạm bao gồm máy tính trạm với sở liệu, phịng vận hành - Giao diện trao đổi thông tin tư xa 5.3 Mở rộng ứng dụng tiêu chuẩn IEC 61850-GOOSE: Các IED theo chuẩn IEC 61850 trao đổi thơng tin lẫn nhau, thông tin tin nhắn GOOSE Các ứng dụng GOOSE giống trao đổi thông tin rơle với Ứng dụng thường dùng GOOSE khóa liên động liên ngăn Vì GOOSE dùng mạng Ethernet trạm nên không cần phải dùng đến cổng trao đổi thông tin khác Với trạm truyền tải, IED liên kết theo cấp điện áp thực khóa liên động nhóm Tuy nhiên, việc khóa liên động tồn trạm thực hiện, cấp điện áp với cấp điện áp khác, ứng dụng GOOSE Giống với trao đổi thơng tin liên ngăn, GOOSE có thơng tin trạng thái để giám sát trao đổi Trong trường hợp gián đoạn kết nối thông tin, thông tin trạng thái tương ứng không hiệu lực “invalid” Và kết nối ảnh hưởng, thơng tin cịn lại hoạt động bình thường, nên đảm bảo số lượng lớn chức làm việc ổn định Lợi ích sử dụng tin nhắn GOOSE giảm đáng kể số lượng dây sử dụng trạm lệnh điều khiển, tác động cắt máy cắt, mạch khóa (F86) thực tin nhắn GOOSE Vì triển khai hệ thống điều khiển trạm biến HVTH: MAI VĂN LÊ - 122 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG áp với việc khai thác tốt ưu điểm Bên cạnh cần phải quan tâm đến tính ổn định, đảm bảo thay mạch điều khiển, bảo vệ trạm việc truyền lệnh điều khiển qua hệ thống mạng trao đổi thơng tin tín hiệu, địi hỏi mạng máy tính phải hoạt động tin cậy có tính dự phịng cao có số hỏng hóc đơn lẻ, hệ thống hoạt động an tồn, xác Hình 5.6: kết nối trao đổi thông tin IEC 61850-GOOSE Việc nghiên cứu để chỉnh định cài đặt thông số cho bảo vệ nhằm vận hành hệ thống điện cách tin cậy, an toàn hiệu cần tính đến xây dựng hệ thống tự động hóa Với hệ thống trao đổi thông tin theo tiêu chuẩn IEC 61850, việc cài đặt, chỉnh định, truy suất rơle trực tiếp từ hệ thống điều khiển máy tính hồn tồn thực 5.4 Áp dụng giao thức theo IEC 61850 cho trạm cũ Việc nâng cấp, mở rộng trạm xây dựng tuân theo tiêu chuẩn IEC 61850 việc làm cần thiết, phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ đại hóa, nhiên cần nhiều cân nhắc tính khả thi chi phí Với nguồn vốn EVN nay, việc cải tạo, nâng cấp hệ thống điều khiển xây dựng không tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61850 thành hệ thống điều khiển tuân thủ qui định tiêu chuẩn IEC 61850 vấn đề khó khăn Trong khn khổ đề tài, nêu lên hướng giải quyết, trường hợp nhà quản lý, đầu tư có mong muốn nâng cấp trạm cũ, với trạm mà hệ thống điều khiển thiết bị lạc hậu, cần phải đầu tư nâng cấp 5.4.1 Hạn chế, thiếu sót trạm cũ HVTH: MAI VĂN LÊ - 123 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG Trước hết, cần nêu lên mặt hạn chế, thiếu sót trạm xây dựng vận hành, từ rút cách giải thích hợp, hiệu Hiện trạm biến áp công ty phần lớn xây dựng thiết bị thuộc nhiều hệ, nhiều chủng loại, nhiều nhà sản xuất khác nhau, không tuân theo tiêu chuẩn IEC 61850 Muốn có hệ thống đồng bộ, đảm bảo yêu cầu trao đổi thông tin, liệu, cần phải thay hầu hết thiết bị điều khiển, phí đầu tư nâng cấp lớn Phần mềm điều khiển trạm, nhà cung cấp không cung cấp mã nguồn, khiến việc mở rộng trạm (lắp thêm máy biến áp thứ 2) trở nên khó khăn Hơn nữa, hầu hết trạm sử dụng giao thức trao đổi thông tin nhà sản xuất thiết bị chưa thống với tiêu chuẩn quốc tế Hệ thống điều khiển trạm sử dụng giao thức IEC 60870-5 để kết nối với trung tâm điều độ, muốn kết nối với thiết bị theo tiêu chuẩn IEC 61850, cần có biến đổi giao thức Giao diện người – máy HMI trạm thiếu chức xem xét hệ thống điện tự dùng, kết nối truy suất rơle, muốn truy suất rơle phải nhờ vào hệ thống máy tính riêng, với phần mềm riêng nhà cung cấp thiết bị bảo vệ rơle Các phần mềm chưa xây dụng hệ sở liệu, giúp nhân viên vận hành khai thác tối đa thơng tin thu nhận Một khó khăn khác nhân viên vận hành chưa tiếp xúc nhiều với hệ thống tự động hóa trạm đại giới, hiểu biết tiêu chuẩn IEC 61850 nhiều hạn chế, trình ứng dụng tiêu chuẩn quốc tế cịn nhiều khó khăn Ngồi ra, cịn số trạm chưa trang bị hệ thống tự động hóa đồng thời gian theo hệ thống định vị toàn cầu GPS 5.4.2 Giải thiếu sót tính toán khả nâng cấp cho trạm: 5.4.2.1 Thiết kế hệ thống điều khiển, bảo vệ mới: Đối với trạm có hệ thống điều khiển, bảo vệ cũ lạc hậu, để đảm bảo tính ổn định, đồng hóa thiết bị, cần thiết phải xây dựng hệ thống điều HVTH: MAI VĂN LÊ - 124 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG khiển, bảo vệ đại theo tiêu chuẩn IEC 61850 cho trạm Mơ hình hệ thống tự động thực cách xây dựng cho trạm mới, trình bày phần đề tài Tuy nhiên cần xem xét giải pháp tốn kém, cần nhiều vốn đầu tư 5.4.2.2 Thay phần hệ thống điều khiển, bảo vệ: Để tiết kiệm vốn đầu tư, giải pháp thay phần thiết bị điều khiển, bảo vệ mang tính khả thi đổi toàn hệ thống tự động hóa trạm Trong trạm cũ, thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, giao thức không theo chuẩn, nâng cấp trạm thực bước, tuỳ theo nhu cầu nhà đầu tư, mà thiết bị cần ưu tiên thay đổi trước a) Trang bị xử lý trung tâm làm nhiệm vụ điều khiển toàn hệ thống thu thập liệu b) Trang thiết bị điều khiển mức ngăn BCU cho ngăn lộ chưa sử dụng thiết bị c) Bổ sụng thêm máy tính điều khiển dự phịng (Backup host) với trạm có máy tính điều khiển d) Thay rơle bảo vệ trạm không đủ điều kiện kết nối trao đổi thông tin rơle hệ có hỗ trợ IEC 61850 Hoặc với hệ thống có thiết bị hỗ trợ việc thay module trao đổi thông tin nâng cấp phần firmware để dùng với tiêu chuẩn IEC 61850 phương án phương án tiết kiệm nhiều chi phí e) Thiết kế phần mềm giao diện, thực điều khiển thiết bị, thu thập thông tin truy xuất liệu từ rơle bảo vệ Với hệ thống tự động hóa cao hình hiển thị máy tính điều khiển nhiều tương ứng Việc phần mềm cần trọng đến tính truy suất thông số, liệu khứ, giám sát hệ thống điện tự dùng, mạng thông tin v.v… cần thiết f) Để thiết bị hoạt động theo giao thức khác giao tiếp với nhau, phải sử dụng chuyển đổi giao thức (protocol converter, protocol gateway) nhằm mục đích: HVTH: MAI VĂN LÊ - 125 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG - Cung cấp chuyển đổi giao thức từ IEC 60870, DNP3.0 hay giao thức khác sang IEC 61850 ngược lại - Cung cấp giao diện trao đổi thông tin đa khả lưu trữ liệu - Cung cấp giao diện cho hệ thống cũ cách đồng thời - Tạo khả làm việc thiết bị với nhờ áp dụng trao đổi thông tin theo IEC 61850 5.4.3 Các bước thiết kế trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850 Quá trình thiết kế bắt đầu thực với việc xác định rõ chức Bước thiếp theo thực chọn lựa IED thích hợp ứng với chức yêu cầu Sau thực khiểm tra xem liệu nhóm LN có IED thực thích hợp đảm bảo theo yêu cầu không Cuối thực kết nối IED với cấu trúc truyền thông thực thiết kế HV.4.8 ví dụ cho việc lựa chọn IED xác định vị trí cho LN Thơng thường ngăn lộ có hai thiết bị, như có thêm yêu cầu bắt buộc cho loại thiết bị chức mà có nhiều Trong HV.4.8 minh họa cho hai ngăn lộ với hai kiểu qui định vị trí LN IED khác Lưu ý với thiết bị đo lường (biến dòng) với LN – TCTR gọi MU (Merging Unit) MU thuthập tín hiệu dòng điện điện áp từ pha để cung cấp giá trị mẫu gọi (SAV – Sample Analog Values) theo qui định IEC 61850-9-x Các Switches hoạt động điểm liên kết mang LAN (Ethernet) 5.5 Các yêu cầu cho hệ thống dự phòng: Để tránh trường hợp cố điểm làm việc hệ thống đo lường, hệ thống yêu cầu hai phân đoạn Bus xử lý nối đến MU máy cắt bảo vệ minh họa HV.4.9 Mối phân đoạn nói đến Switch khác Khi có cố phân đoạn tối thiểu phân đoạn hoạt động tốt HVTH: MAI VĂN LÊ - 126 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 6: HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV THUẬN AN 6.1 Giới thiệu trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Nhằm mục đích tăng cường khả cung cấp điện cho tỉnh Bình Dương Tập đồn Điện lực Việt Nam đầu tư xây dựng cơng trình trạm biến áp tích hợp theo tiêu chuẩn IEC 61850 220/110/22kV Thuận An Trạm đấu nối vào đường dây 220kV 271 Bình Hịa – 273 Hóc Mơn tọa lạc phường Bình Hịa – thị xã Thuận An – tỉnh Bình Dương Hình 6.1: Trạm biến áp tích hợp 220/110/22kV Thuận An Trạm Thuận An thiết kế với qui mô: máy biến áp AT1 với công suất 250MVA 220/110kV, máy biến áp T4, T5, công suất 2x63MVA 110/22kV phía 110 kV trạm có lộ Các lộ phía 110kV dự kiến cấp điện sau: lộ cấp điện cho máy biến áp T4, T5; lộ cấp điện cho trạm 110kV Sóng Thần; lộ cấp điện cho trạm 110kV VSIP qua đường dây 110kV Thuận An – VSIP lộ lại cấp điện cho trạm Khu chế suất Linh Trung qua đường dây 110kV Thuận An – KCX Linh Trung Ngồi ra, phía 22kV máy biến áp T4 T5 có 12 lộ đường dây lộ tụ bù HVTH: MAI VĂN LÊ - 127 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG Vừa qua, vào ngày 17/6/2012 đóng điện nghiệm thu thành cơng đưa vào vận hành cơng trình Cơng trình đưa vào vận hành giải tình trạng q tải đường dây 110kV Bình Hịa – VSIP – VSIP2- Sóng Thần trạm 110kV lân cận như: Gị Đậu, Sóng Thần, Tân Đơng Hiệp, Bình An, T3, T4 Bình Hịa Đồng thời làm giảm bán kính cung cấp điện, giảm tổn thất điện tăng cường khả cung cấp điện để đáp ứng nhu cầu phát triển phụ tải cho tỉnh Bình Dương thời gian tới 6.2 Sơ đồ đƣờng dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Sơ đồ đường dây đơn tuyến trạm cho ta nhìn tổng quát mạch động lực trạm biến áp: từ sơ đồ đường dây, ngăn lộ đầu vào, đầu trạm, số lượng máy biến áp trạm, số lượng vị trí đầu vào, đầu ra, vị trí số lượng máy cắt, dao tiếp đất, dao cách ly ngăn lộ,… Màn hình hiển thị sơ đồ đường dây trạm cho ta biết trạng thái đóng cắt thiết bị bảo vệ, dao cách ly, dao tiếp đất,….và ta thao tác đóng cắt thiết bị trực tiếp hình Tương ứng với thao tác đóng cắt tay thiết bị có cảnh báo xác nhận hay không xác nhận IED điều khiển thiết bị đó, ta xác nhận lần thiết bị tác động 271 Bình Hịa 273 Hóc Mơn 250MVA 220/110kV Sóng Thần Sóng Thần HVTH: MAI VĂN LÊ Linh Trung VSIP2 63MVA 110/22kV - 128 - 63MVA 110/22kV LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGƠ CAO CƯỜNG Hình 6.2: Sơ đồ đƣờng dây đơn tuyến trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Theo sơ đồ trạm cấp nguồn từ đường dây 220kV 271 Bình Hịa 273 Hóc Mơn vào TC21 TC22, có mạch kết vàng mục đích phân đoạn cố xảy cố Máy biến áp 220/110kV 250MVA cấp nguồn từ này, phần thứ cấp 110kV máy biến áp đưa đến TC11 TC12 Từ TC11 TC12 cho lộ ra: lộ cấp điện cho máy biến áp T4, T5; lộ cấp điện cho trạm 110kV Sóng Thần; lộ cấp điện cho trạm 110kV VSIP lộ lại cấp điện cho trạm Khu chế suất Linh Trung Ngồi ra, phía 22kV máy biến áp T4 T5 có 12 lộ đường dây lộ tụ bù 6.3 Điều khiển xa trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Mục đích hệ thống điều khiển trạm giám sát, thu thập liệu, xử lý, gởi tín hiệu xa, điều khiển vận hành trạm Tất thiết bị điều khiển hệ thống trạm Thuận An đầu tư đồng hợp chuẩn theo tiêu chuẩn IEC 61850 hãng AREVA Hình 6.3: Hệ thống điều khiển trạm Thuận An 220/110/22kV HVTH: MAI VĂN LÊ - 129 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG Theo hệ thống ngăn lộ vào trạm điều khiển IED: mean backup, IED giao tiếp trao đổi tín hiệu cho gởi tín hiệu trung tâm xử lý trạm thông qua đường cáp quang Các thông tin trạng thái, trào lưu cơng suất, dịng, áp IED ghi nhận từ thiết bị đo lường, trạng thái cố,… gởi trung tâm điều độ trạm hiển thị hình Đồng thời thông tin trung tâm điều độ trạm xử lý gởi trung tâm điều độ hệ thống điện miền nam Và trung tâm điều khiển xa vận hành trạm Thuận An Hình 6.4: Màn hình hiển thị trạng thái làm việc trạm Tất trạng thái làm việc trạm máy tính xử lý, ghi nhận thị hình Thơng qua hình hiển thị nhân viên vận hành trạm biết trạng thái làm việc trạm khứ Các thông tin bao gồm: trạng thái làm việc thiết bị này, trạng thái cố thiết bị kia, ngày xảy cố, cố khắc phục hay chưa,….Nói chung nhân viên vận hành giám sát trạng thái làm việc trạm thơng qua hình 6.4 Tủ thiết bị điều khiển ngăn lộ trạm Tại ngăn lộ trang bị tủ điều khiển chứa đựng thiết bị điện tử thông minh IEDs, thiết bị bảo vệ đặt gần ngăn lộ Tại IEDs HVTH: MAI VĂN LÊ - 130 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG kết nối với thiết bị điều khiển, thiết bị đo lường thông qua cáp tín hiệu điện Các tín hiệu IEDs ghi nhận biến đổi thành tín hiệu ánh sáng gởi trung tâm thông qua đường cáp quang Và trung tâm phản hồi thông tin lại cho IEDs tín hiệu ánh sáng Hình 6.5: Tủ điều khiển ngăn lộ trạm Ngoài ra, tủ điều khiển ngăn lộ kết nối với đường cáp quang thiết bị trạm liên lạc trao đổi thông tin cho gởi thông tin trung tâm điều độ Và trạm trở thành hệ thống hồn chỉnh trạm tích hợp tự động, bảo vệ điều khiển 6.5 Đánh giá ƣu, nhƣợc điểm điểm trạm tích hợp 220/110/22kV Thuận An 6.1 Ưu điểm Trạm biến áp 220/110/22kV Thuận An Tập đoàn điện Việt Nam đầu tư xây dựng theo kiểu trạm tích hợp chuẩn IEC 61850 Tất thiết bị trạm đầu tư đồng hợp chuẩn trạm trở thành hệ thống tích hợp hồn chỉnh Ngày 17/6/2012 đóng điện nghiệm thu thành cơng thức vào hoạt động Trạm vào hoạt động đáp ứng nhu cầu điện cho vùng kinh tế động phát triển nhanh chóng tỉnh Bình Dương mà thân trạm bộc lộ ưu điểm vượt bậc so với trạm truyền thống: HVTH: MAI VĂN LÊ - 131 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG - Chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện cao, truy xuất thơng tin trạm nhanh chóng, xác - Việc quản lý điều hành trạm biến áp tự động hóa thơng qua trung tâm điều khiển, nên giảm chi phí vận hành bảo dưỡng trạm - Các thiết bị điện điện tử trạm thay thiết bị điện tử thơng minh IEDs - Các cáp tín hiệu điện thay cáp quang IEDs trao đổi thông tin cho cho trung tâm vận hành đường cáp quang - Sơ đồ nối dây hệ thống gọn, làm việc chắn, an tồn tin cậy - Có thể điều khiển xa, vận hành đơn giản tương lai trạm làm việc không người trực - Giảm nhân cơng lao động chi phí vận hành, bảo hành, bảo trì trạm - Đảm bảo an ninh lượng quốc gia,… 6.2 Nhược điểm Bên cạnh tồn số nhược điểm khách quan sau: - Vốn đầu tư công nghệ lớn - Nhiễu tín hiệu, kết nối - Hệ thống nối đất trạm phải đảm bảo - Trong số trường hợp máy tính bị treo khơng điều khiển được, lỗi chương trình điều khiển,… - Các thiết bị điều khiển nhà cung cấp khác không giao tiếp với khơng có ngơn ngữ chung HVTH: MAI VĂN LÊ - 132 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Nội dung tổng quát luận văn trình tập trung tìm hiểu cách thức thực truyền thơng thiết bị, mơ hình đối tượng thơng qua dịch vụ trừu tượng tiêu chuẩn IEC 61850, trình ứng dụng xây dựng trạm điện theo tiêu chuẩn IEC 61850 Việt Nam Nội dung tổng quát luận văn trình bày cách tổng quan khái niệm tự động hóa trạm biến áp, tích hợp trạm biến áp khái niệm truyền thông trạm Các khái niệm đời tự đòi hỏi khả kết nối tích hợp thiết bị hệ thống tự động hóa trạm cách xử dụng giao thức truyền thơng chuẩn hóa Đã có nhiều giao thức truyền thông ứng dụng cho trạm tự động hóa nhiều thập kỷ qua hai giao thức sử dụng phổ biến gần UCA 2.0 IEC 61850 Mục tiêu luận văn tìm hiểu cách thức thực mơ hình định hướng đối tượng IEC 61850 Trong nội dung luận văn trình bày cách để xây dựng thiết bị dịch vụ trừu tượng dựa yêu cầu qui định tiêu chuẩn, dịch vụ mơ tả rõ ràng dạng sơ đồ khối, tập trung phân tích bước cần thiết để xây dựng trạm biến áp dựa tiêu chuẩn IEC 61850 dựa hỗ trợ ngơn ngữ cấu hình trạm SCL 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Trên sở công nghệ truyền thông đại cách tiếp cận mô hình đối tượng giám sát điều khiển cách thức trao đổi liệu đối tượng đó, tiêu chuẩn IEC 61850 tạo khả tích hợp cao cho hệ thống tự động hoá trạm biến áp, vấn đề không tương đồng thiết bị từ nhà sản xuất khác dần giải Với việc giảm tối đa dây dẫn tín hiệu, tăng khả tương tác thiết bị, hệ thống trở nên linh hoạt tin cậy, đồng thời giảm HVTH: MAI VĂN LÊ - 133 - LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG giá thành thiết lập chi phí vận hành, bảo dưỡng Tuy nhiên để ứng dụng hiệu tiêu chuẩn IEC 61850 hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp, cách thức thiết kế cần có thay đổi quan trọng xây dựng cấu hình phần mềm sở đặc điểm thiết bị phương thức đo lường, điều khiển, bảo vệ trạm Trong phạm vi luận văn đạt nội dung đặt tìm hiểu cách thức truyền thơng, cách mơ hình hóa đối tượng dịch vụ tiêu chuẩn IEC 61850, tìm hiểu trình ứng dụng tiêu chuẩn vào việc xây dựng trạm điện Việt Nam, đánh giá ưu điểm bậc trạm so với trạm truyền thống Tuy nhiên kết khiêm tốn hạn chế thời gian thiết bị thực cho việc tiến hành làm mơ mô HVTH: MAI VĂN LÊ - 134 - LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEC 61850 Full Standard [2] Experience with IEC 61850 based…Substation Automation Systems, Dr Klaus –Peter Brand and Petra Rein hardt [3] Applying IEC 61850 to Substation Automation Systems, Peter Rietmann, Tetsuji Maeda, Petra Reinhardt , ABB Switzerland Ltd [4] First experiences with customer specifications of IEC 61850 based Substation Automation Systems, Klaus-Peter Brand, Tetsuji Maeda, Klaus Oestrich, Peter Rietmann, ABB Switzerland Ltd, Baden (Switzerland) [5] IEC 61850 Process Connection – A Smart Solution To Connect The Primary Equipment To The Substation Automation System, Christoph Brunner, ABB Switzerland [6] Applying IEC 61850 to Substation Automation Systems, Peter Rietmann, Petra Reinhardt , ABB Switzerland [7] The Standard IEC 61850 as Prerequisite for Intelligent Applications in Substations, Klaus-Peter Brand, Senior Member, IEEE [8] The Standard IEC 61850 – A Simple But Comprehensive Solution For Todays Power System requirements, Rudolf Baumann, Klaus-Peter Brand ETRANS Ltd, Laufenburg, Switzerland ABB Switzerland Ltd,Baden, Switzerland [9] Design Of IEC 61850 Based Substation Automation Systems According To Customer Requirements, K.P Brand, C Brunner, W Wimmer [10] The Specification Of IEC 61850 Based Substation Automation Systems, KlausPeter Brand, ABB Switzerland Ltd, Baden, Switzerland Marco Janssen, AMEC SPIE Special Services, Breda, The Netherlands [11] Substation Automation based on IEC 61850, Ivan De Mesmaeker, Peter Rietmann, Klaus-Peter Brand, Petra Reinhardt ABB Switzerland Ltd (Switzerland) [12] First experiences with design and engineering of IEC 61850 based Substation Automation Systems in India, Rajiv Krishnan, Bapuji Palki ABB Limited, Bangalore, INDIA [13] Practical considerations in applying IEC 61850 for Protection and Substation Automation Systems, Ivan De Mesmaeker, Peter Rietmann, Klaus-Peter Brand, Petra Reinhardt ABB Switzerland Ltd [14] Substation Automation based on IEC 61850 with new process-close Technologies Lars Andersson, Christoph Brunner, Member, IEEE, and Fred Engler [15] Substation Automation Using IEC61850 Standard, R P Gupta, Member, IEEE [16] Introducing IEC61850 in Distribution Substations Substation Automation Systems, Carlos Caetano Miguel Pernes ABB S.A Portugal HVTH: MAI VĂN LÊ GVHD: TS NGÔ CAO CƯỜNG ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ MAI VĂN LÊ HỆ THỐNG TÍCH HỢP BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM ĐIỆN CHUẨN IEC 61850 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN... phục xuất IEDs chuẩn IEC 61850 Hình 2.3: Cấu hình truyền thơng hệ thống trạm tích hợp với giao thức IEC 61850 2.4 Tổng quan hệ thống trạm tích hợp Thành phần hệ thống trạm tích hợp bao gồm ba... bảo vệ, điều khiển, thiết bị bảo vệ dòng, áp, đo lường, báo cố, điều khiển tự động hệ thống phân phối, thông tin đưa vào hệ thống lưu trữ liệu, sau xử lý, điều khiển thống trạm Sự tích hợp trạm