Các thiết bị IED của ABB

ABB cung cấp giải pháp cho hệ thống tự động hóa trạm biến áp với đầy đủ các IED, hình 5.5 mô tả các thiết bị IED điển hình dùng trong việc đo lường, điều khiển và bảo vệ TBA trên một ngăn lộ.

Hình 5.5 Các thiết bị IED đo lường – bảo vệ - điều khiển trên một ngăn lộ

Tất cả các thiết bị IED này của ABB đều tuân thủ chuẩn IEC 61850

Hình 5.6 Cấu tạo bên trong của IED 5.6.3Nút logic

Hình 5.7 Nút logic trong tiêu chuẩn IEC 61850

Tiêu chuẩn IEC 61850 qui định có tất cả 91 nút logic được chia ra làm 13 nhóm. Để cấu hình cho một nút logic ta có thể làm từng bước, sau đây là một ví dụ khi cấu hình cho một nút logic máy cắt

- Chọn nhóm logic

Hình 5.8 Lựa chọn nhóm logic

- Lựa chọn nút logic

- Lựa chọn dữ liệu cho chế độ điều khiển

Hình 5.10 Lựa chọn dữ liệu

- Lựa chọn thuộc tính cho dữ liệu

Hình 5.11 Lựa chọn thuộc tính của dữ liệu

Sau khi được cấu hình các nút logic sẽ được định nghĩa qua ngôn ngữ SCL để kết nối với hệ thống. Đoạn mã sau mô tả cách kết nối nút logic ở ví dụ trên

<LN inst="1" lnClass="XCBR"

lnType="IED670@IEC61850@@@ABBIED670_REV1_SXCBR@1" prefix="S">

<Private type="ABB_FunctionRefs">476621a8-3f95-4a19-9b63-

<DAI name="d" sAddr="/INC/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

valKind="RO" /> </DOI>

<DAI name="d" sAddr="/INS/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

valKind="RO" /> </DOI>

<DAI name="d" sAddr="/LPL/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

valKind="RO" />

</DOI>

<DAI name="d" sAddr="/SPS/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

valKind="RO" /> </DOI>

<DAI name="d" sAddr="/INS/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

valKind="RO" /> </DOI>

<DAI name="d" sAddr="/DPC/DC/VisString255/+/none/+/-1,-1,-1"

</DOI>

5.6.4Kỹ thuật truyền thông dữ liệu và giao thức truyền thông

Cấu trúc truyền thông trong trạm được mô tả nhưHình 5.12 .

Hình 5.12 Cấu trúc truyền thông trong trạm biến áp

Cấu trúc truyền thông này tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61850 với hai bus trao đổi thông tin là bus trạm và bus trường đã được định nghĩa ở chương 3. IEC 61850 qui định chặt chẽ cấu trúc mạng dữ liệu (với các tọa độ của nó), các thiết bị tham gia trong truyền thông, cách mà chúng được kết nối tức là địa chỉ và dữ liệu tham gia quá trình truyền mà chúng sinh ra.Các thông tin này cho phép xác định thời gian dữ liệu truyền trên đường truyền. Đoạn mã sau mô tả truyền thông truyền dữ liệu trong trạm

10.41.24.135

255.255.255.0 </Address>

10.41.24.136

255.255.255.0 </Address>

Phần giao thức truyền thông đã được phân tích rất kỹ ở chương 3 được đưa ra ởHình .

5.6.5Ngôn ngữ SCL

Việc sử dụng ngôn ngữ SCL bắt buộc phải sử dụng hướng thiết kế top – down trong kỹ thuật, theo các bước như sau:

- Mô tả sơ đồ một sợi - Mô tả các ngăn lộ - Mô tả chức năng - Mô tả truyền thông - Các thông số của IED

Hình 5.14 Quy trình thiết kế của SCL

Công cụ IET được sử dụng để cấu hình trạm biến áp, nó tạo ra sơ đồ một sợi và sinh ra các file SCD.

Hình 5.15 Các thiết bị trong công cụ IET

Hình 5.16 Sơ đồ một sợi trong công cụ IET

Hình 5.17 Giao diện SCADA của trạm biến áp

Chương 6

Mô phỏng hệ thống thông tin và điều khiển của trạm không người trực

6.1 Giới thiệu về chương trình mô phỏng

Chương trình mô phỏng được xây dựng bằng phần mềm WinCC, chạy trên hệ điều hành Microsoft Windows. Chương trình mô phỏng có giao diện như hình 6.1 sau:

Hình 6.1 Sơ đồ mô phỏng

Màn hình mô phỏng được chia làm 3 phần từ trái sang phải tương ứng với: - Sơ đồ một sợi thiết bị nhất thứ và nhị thứ

- Sơ đồ điều khiển tại trạm

- Sơ đồ điều khiển tại trung tâm điều độ

6.1.1Sơ đồ một sợi thiết bị nhất thứ và nhị thứ

- Hệ thống mô phỏng bao gồm một xuất tuyến 22kV có hai nguồn đầu vào lấy điện từ hai thanh cái.

- Các dao cách ly DS1, DS2, DS3 và tiếp địa ES1 có thể vận hành bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa thông qua motor

- CT, PT làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu dòng và áp, phục vụ cho mục đích đo lường và bảo vệ

- Trang bị một rơ le có các bảo vệ 50, 51, 27, 59, 81 và tự động đóng lại. Rơ le lấy tín hiệu dòng áp từ CT, PT và thu thập dữ liệu trạng thái của các thiệt bị (DS1, DS2, DS3, ES1, CB1). Đồng thời rơ le có khả năng phát tín hiệu điều khiển thiết bị thông qua các đầu ra

- Rơ le có hỗ trợ giao thức IEC61850

- Các thiết bị đóng cắt đều được kiểm tra liên động, chỉ cho phép thao tác khi không vi phạm liên động. Sơ đồ liên động như sau:

- Các thiết bị đóng cắt có khóa chuyển Local/Remote. Chỉ có thể vận hành các thiết bị tại chỗ khi để ở chế độ Local, muốn điều khiển từ xa cần phải chuyển sang chế độ Remote

- Tiến hành các bước mô phỏng

 Mô phỏng đóng cắt tại chỗ các thiết bị trong điều kiện hoạt động bình thường

 Mô phỏng một sự cố thoáng qua, tự động đóng lại thành công  Mô phỏng một sự cố vĩnh cửu, tự động đóng lại không thành công

6.1.2Sơ đồ điều khiển tại trạm

- Trang bị máy tính có cài phần mềm giao tiếp theo tiểu chuẩn IEC61850, phần mềm này kết nối đến rơ le để lấy dữ liệu và phát các tín hiệu điều khiển

- Phần mềm hiển thị HMI làm nhiệm vụ hiển thị trạng thái các thiết bị và hiển thị các thông số đo lường dưới dạng sơ đồ trực quan

- Vận hành viên chọn thiết bị tương ứng muốn điều khiển, sau đó bảng điều khiển thiết bị sẽ hiện ra, người dùng chọn Open để mở và Close để đóng thiết bị

- Có khóa mềm Local/Remote để cấm hoặc cho phép việc điều khiển từ trung tâm điều độ

- Trang bị phần mềm có khả năng giao tiếp theo giao thức IEC101 - Tiến hành các bước mô phỏng

 Mô phỏng đóng cắt các thiết bị trong điều kiện hoạt động bình thường  Mô phỏng việc hiển thị khi xảy ra sự cố thoáng qua, tự động đóng lặp lại

thành công

 Mô phỏng việc hiển thị khi xảy ra sự cố vĩnh cửu, tự động đóng lặp lại không thành công

6.1.3Sơ đồ điều khiển tại trung tâm điều độ

- Phần mềm hiển thị HMI làm nhiệm vụ hiển thị trạng thái các thiết bị và hiển thị các thông số đo lường dưới dạng sơ đồ trực quan

- Tiến hành các bước mô phỏng

thành công

 Mô phỏng việc hiển thị khi xảy ra sự cố vĩnh cửu, tự động đóng lặp lại không thành công

6.2 Các thao tác thực hiện với hệ thống mô phỏng

6.2.1Sơ đồ một sợi thiết bị nhất thứ và nhị thứ

6.2.1.1 Chuyển khóa Local/Remote

Để chuyển khóa Local/Remote ta nhấn chọn nút Local nếu đang ở chế độ Remote hoặc nhấn chọn Remote nếu đang ở chế độ Local

- Chế độ Local: cho phép vận hành thiết bị tại chỗ và cấm vận hành thiết bị từ xa - Chế độ Remote: cấm vận hành thiết bị tại chỗ và cho phép vận hành thiết bị từ xa

6.2.1.2 Đóng cắt các thiết bị

Để đóng cắt thiết bị ta nhấn nút Open để mở hoặc Close để đóng thiết bị tương ứng.

Lưu ý các thiết bị chỉ có thể vận hành tại chỗ khi khóa Local/Remote đang để ở vị trí Local.Việc đóng cắt cũng có liên động để đảm bảo tránh thao tác nhầm.

6.2.1.3 Mô phỏng sự cố thoáng qua

Để mô phỏng sự cố thoáng qua, ta nhấn chọn nút Transient Fault

Khi nút này được chọn, hệ thống sẽ thực hiện các thao tác sau: - Cắt máy cắt ra do sự cố

- Hiển thị đèn báo Trip

- Đóng máy cắt lại theo chu trình đóng lặp lại - Đóng lặp lại thành công và tắt đèn báo Trip

6.2.1.4 Mô phỏng sự cố vĩnh cửu

Để mô phỏng sự cố vĩnh cửu, ta nhấn chọn nút Permanent Fault.

Khi nút này được chọn, hệ thống sẽ thực hiện các thao tác sau: - Cắt máy cắt ra do sự cố

- Hiển thị đèn báo Trip

- Đóng máy cắt lại theo chu trình đóng lặp lại - Cắt tiếp máy cắt ra ngay lập tức

- Đóng lặp lại không thành công và đèn báo Trip vẫn được giữ nguyên

6.2.2Sơ đồ điều khiển tại trạm

6.2.2.1 Chuyển khóa Local/Remote

Để chuyển khóa Local/Remote ta nhấn chọn nút Local nếu đang ở chế độ Remote hoặc nhấn chọn Remote nếu đang ở chế độ Local

- Chế độ Local: cho phép vận hành thiết bị tại trạm và cấm vận hành thiết bị từ trung tâm điều độ

- Chế độ Remote: cấm vận hành thiết bị tại trạm và cho phép vận hành thiết bị từ trung tâm điều độ

6.2.2.2 Đóng cắt các thiết bị

Để đóng cắt thiết bị, khóa Local/Remote phía nhất thứ phải đặt ở Remote và khóa Local/Remote tại trạm phải đặt ở vị trí Local. Để điều khiển đóng cắt thiết bị, ta nhấn chuột vào thiết bị tương ứng, sau đó bảng điều khiển sẽ hiện ra:

- Nhấn Open để mở thiết bị - Nhấn Close để đóng thiết bị

6.2.2.3 Xóa báo sự cố

Khi xảy ra sự cố và đóng lặp lại không thành công, người dùng cần phải thao tác xóa báo sự cố để có thể điều khiển được các thiết bị. Để xóa báo sự cố, ta nhấn chọn nút Reset

6.2.3Sơ đồ điều khiển tại trung tâm điều độ

6.2.3.1 Đóng cắt các thiết bị

Để đóng cắt thiết bị, khóa Local/Remote phía nhất thứ phải đặt ở Remote và khóa Local/Remote tại trạm phải đặt ở vị trí Remote. Để điều khiển đóng cắt thiết bị, ta nhấn chuột vào thiết bị tương ứng, sau đó bảng điều khiển sẽ hiện ra:

- Nhấn Open để mở thiết bị - Nhấn Close để đóng thiết bị

6.2.3.2 Xóa báo sự cố

Kết luận

Việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống SCADA cho trạm biến áp 110kV Vĩnh Yên là điều cần thiết hiện nay. Giảm thiểu tối đa chi phí lắp đặt và sự cố xảy ra do những chức năng chuẩn đoán và cảnh báo không kịp thời của người vận hành, tránh những hỏng hóc dẫn đến gây mất ổn định cho hệ thống lưới điện khu vực. Nếu có sự cố xảy ra thì việc can thiệp và xử lý của các chuyên gia rất linh hoạt, đồng thời cũng giúp việc kiểm soát toàn trạm từ xa qua mạng. Hệ thống tự động hóa trạm biến áp 110kV không người trực là phương pháp tối ưu nhất nâng cao chất lượng nguồn điện, đảm bảo độ tin cậy, an toàn cho lưới điện quốc gia, ứng dụng tin học có thể áp dụng trong mọi lĩnh vực của ngành điện, trong công tác vận hành hệ thống và đặc biệt là vận hành trạm biếnáp.

Bản luận văn đã đề cập đến việc tích hợp vàđiều khiển trạm không người trực theo tiêu chuẩn IEC 61850, tác giảđã nắmđược những kiến thức cơ bản về một hệ thốngđiều khiển máy tính, những kết quảđạtđược có thểáp dụng vào trong công tác vận hành tại trạm biến áp 110kV Vĩnh Yên Tựu chung lại những kết quả thu đượclà :

Trong luận văn tác giả đã tiến hành nghiên cứu và trình bày tổng quan về cấu hình chức năng hoạt động của từng khối cũng như các hình thức giao tiếp thu thập, quản lý dữ liệu bảo vệ giám sát và điều hành đóng cắt của hệ thống điện. Trình bày tổng quan về tiêu chuẩn IEC 61850 và trạm biến áp không người trực để thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp. Nêu được các đặc điểm của trạm biến áp Vĩnh Yên là đối tượng thiết kế và tiến hành tính toán thiết kế về cấu trúc hệ thống SCADA dùng cho trạm này cũng như mô phỏng hệ thống thông tin và điều khiển trạm biến áp không người trực.

Kiến nghị

Xây dựng hệ thống SCADA cho tram biến áp không người trực là cần thiết hiện nay và cần được áp dụng vào các trạm biến áp tại Việt Nam nhằm hiện đại hóa hệ thống điện.

Sau thời gian nghiên cứu và vận dụng thực tế trong khuôn khổ của thời gian một bản luận văn thạc sĩ khoa học đã đáp ứng được phần nào yêu cầu tự động hoá hệ thống điện mà việc đầu tư thấp nhưng đạt hiệu quả. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót rất mong được các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp chỉ bảo, góp ý cho bản luận văn hoàn thiện hơn.

Sử dụng IEC61850 trong quá trình kết nối

Yêu cầu về thiết bị rơle bảo vệ