4. Ý nghĩa của đề tài
3.4.1. Đặc tính kỹ thuật thiết bị RTU
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 79
RTU và các vật tư khác (bộ biến đổi, rơle, hàng kẹp…) phải được thiết kế, trang bị đầy đủ để đáp ứng sơ đồ kết dây hiện tại cũng như mở rộng trong tương lai. Yêu cầu các tín hiệu tối thiểu cần trao đổi giữa trạm và hệ thống SCADA như sau:
Tín hiệu gửi từ trạm 110 kV Minh Đức
Tín hiệu trạng thái
Tín hiệu trạng thái dao cách ly, dao tiếp địa và máy cắt cách ngăn đường dây.
- Tín hiệu trạng thái máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa 2 phía máy biến áp.
- Tín hiệu trạng thái dao cách ly, dao tiếp địa ngăn lộ cầu.
- Tín hiệu bảo vệ chính và dự phòng của hệ thống rơ le bảo vệ đường dây
và ngăn máy biến áp.
- Tín hiệu sự cố mạch AC, DC, tín hiệu sự cố thiết bị thông tin, tín hiệu sự
cố nội bộ thiết bị đầu cuối
- Tín hiệu chỉ thị phân quyền điều khiển giữa mức trạm và mức trung tâm
điều khiển của từng ngăn lộ.
Tín hiệu đo lường
- Dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng 3 pha ngăn
lộ phân đoạn, ngăn lộ đường dây và 3 phía MBA.
- Tín hiệu chỉ thị nấc phân áp của máy biến áp.
Tín hiệu nhận từ trung tâm điều khiển
- Tín hiệu điều khiển Đóng/Mở dao cách ly, máy cắt ngăn lộ đường dây.
- Tín hiệu điều khiển Đóng/Mở máy cắt, dao cách ly ba phía máy biến áp.
- Tín hiệu điều khiển Tăng/Giảm nấc MBA.
Với sơ đồ phương thức như trong giai đoạn này và tính đến mở rộng trong tương lai, số lượng tín hiệu SCADA cần trao đổi cụ thể như sau:
STT STT
Tên tín hiệu Số lượng
1 Tín hiệu Analog 34
30
2 Tín hiệu Digital Input loại 2 bit 28
39
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 80
4 Tín hiệu Digital Output 16
19
Giải pháp công nghệ
Giải pháp công nghệ RTU sẽ đưa ra thiết kế RTU tổng quát dựa trên các yêu cầu sau:
- Yêu cầu kỹ thuật chung.
- Yêu cầu kỹ thuật chi tiết.
- Yêu cầu mô hình cụ thể từng trạm biến áp.
- Yêu cầu của công tác vận hành điều độ.
- Yêu cầu từng giai đoạn phát triển của lĩnh vực công nghệ thông tin và đo
lường điều khiển.
- Một số yêu cầu khác.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với RTU
RTU được yêu cầu thiết kế tuân theo các tiêu chuẩn có thể áp dụng được của IEC (International Electro-technical Commission) hoặc các tiêu chuẩn được đưa ra bởi các tổ chức khác (sẽ được quy định cụ thể trong các mục của yêu cầu kỹ thuật, ví dụ UCA2, DNP-3…). Ngoài ra RTU còn được yêu cầu về thiết kế và chế tạo theo các tiêu chuẩn đã được Tập đoàn Điện lực Việt Nam cho phép lắp đặt và sử dụng trên hệ thống điện Việt Nam.
Bộ xử lý trung tâm
Bộ vi xử lý tối thiểu phải là 32 bit CPU với tốc độ tối thiểu cho phép là 66 MHz với hệ điều hành đa nhiệm thời gian thực. Thực hiện gán nhãn thời gian với độ phân giải 1 ms.
Giao thức truyền tin
Các giao thức truyền tin
Thiết bị RTU phải hỗ trợ nhiều giao thức cho phép kết nối trực tiếp với các thiết bị điện tử thông minh IEDs thông qua các một số chuẩn giao thức sau:
- IEC 61850
- IEC 60870-5-103
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 81
- MODBUS RTU
Ngoài ra phải hỗ trợ khả năng tích hợp với thiết bị của hãng thứ 3 như slave RTUs, PLCs, các rơ le bảo vệ và IEDs qua một số giao thức khác của ABB, Siemens, Areva…
Giao thức truyền tin với với trung tâm điều độ
Giao thức truyền tin phải đảm bảo tính kế thừa và có hỗ trợ khả năng tương thích với các chuẩn giao thức sau cho SCADA/EMS/DMS.
- IEC 60870-5-101 slave
- IEC 60870-5-104 slave
Giao tiếp với thiết bị thông tin
RTU sẽ cung cấp một modem bên ngoài và các giao diện dành cho dữ liệu thông tin tốc độ từ 1200 bps. Modem đồng bộ hoặc với RS232, RS422 hoặc giao diện trực tiếp TTL. Thời gian quay vòng thông điệp “yêu cầu gửi”, “làm rõ khi gửi” không vượt quá 12ms. Modem được lắp đặt trong tủ RTU và được cấp nguồn qua một áp tô mát riêng biệt với nguồn của RTU. Modem làm việc theo chế độ thuê bao.
Đường thuê bao là loại 4 dây, có một cặp truyền và một cặp nhận. Modem
tại trạm được chỉ định như là một modem hồi đáp hoặc một modem tới trong lúc
modem tại trung tâm điều khiển được chỉ định như là một modem chủ hoặc modem nguồn. RTU có hai cổng thông tin và cả hai cổng sẽ hỗ trợ giao thức IEC60870-5-101 để kết nối song song với ít nhất 2 trung tâm điều độ. Ngoài ra, RTU sẽ có một cổng nối tiếp RS-232C dùng cho mục đích duy trì bảo dưỡng.
Các tham số IEC60870-5-101 tối thiểu mà RTU của một trạm phải đáp ứng như sau:
- Cấu hình mạng: multidrop
- Tốc độ truyền thông: 1200b/s
- Thủ tục truyền: Unbalance
- Độ lớn link address là 1 byte
- Chiều dài lớn nhất của khung truyền: 255
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 82
- Địa chỉ đối tượng (Information object address) nằm trong khoảng 2 byte
- Nguyên nhân truyền (Cause of transmission) nằm trong khoảng 1 byte
RTU bắt buộc phải hỗ trợ các kiểu dữ liệu có TYPE IDENT sau:
+<1>:= Single-point information (M_SP_NA_1) +<3>:=Double-point information (M_DP_NA_1) +<5>:=Step position information (M_ST_NA_1)
+<30>:= Single-point information with time tag CP56Time2a (M_SP_TB_1)
+<31>:= Double-point information with time tag CP56Time2a
(M_DP_TB_1)
+<9>:=Measured value, normalized value (M_ME_NA_1)
+<13>:= Measured value, short floating point value (M_ME_NC_1) +<46>:=Double Command (C_DC_NA_1)
+<47>:=Regulating step command (C_RC_NA_1) +<100>:=Interrogation command (C_IC_NA_1)
+<103>:= Clock Synchronisation command (C_CS_NA_1) +<105>:= Reset process command (C_RP_NC_1)
Các nhà thầu nên tuân theo quy luật đánh địa chỉ IEC60870-5-101 cho các đối tượng như sau:
- Single Digital Input: 15000 – 24999
- Double Digital Input: 25000 – 42999
- Analog Input: 1- 1999
- Digital Output: 43000 – 65535
Đầu Input/Output
Analog Input
AC Analog input : RTU có thể kết nối trực tiếp với máy biến dòng điện và máy biến điện áp để thu thập các thông số hệ thống điện mà không sử dụng các bộ biến đổi (Transducer), giải pháp này gọi là giải pháp “Transducerless”. RTU sử dụng các tín hiệu này để tính toán các giá trị khác như : công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện thứ tự không, công suất biểu kiến, sản lượng, tần số …
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 83
RTU có đầu vào tương tự phù hợp mạch dòng thứ cấp của máy biến dòng điện và mạch áp thứ cấp của máy biến điện áp. Ngoài ra cho phép lựa chọn giá trị dòng điện/điện áp từ phần mềm cấu hình cho RTU.
DC Analog input : Đối với các tín hiệu tương tự DC, RTU phải hỗ trợ các dải đầu vào tương thích với các bộ biến đổi nằm trong khoảng sau và cho phép có thể lựa chọn từ thư viện có sẵn.
- Với dải điện áp đầu vào 0-1V,0-2.5V, 0-5V,1-5V và 1V, 2.5V, 5V
- Với dải dòng điện đầu vào 0-10mA,0-20mA,4-20mA,10mA, 20mA
Digital Input
Tất cả các mạch đầu vào của các module đầu vào số sẽ được cách ly về điện với tín hiệu bên ngoài. Các kỹ thuật cách ly kiểu quang học sẽ được sử dụng thông qua RTU để bảo vệ mạch đầu vào số. Mỗi mạch đầu vào sẽ bao gồm một chỉ báo bằng LED hiển thị trạng thái của các tiếp điểm đầu vào. Mỗi chỉ báo sẽ được bố trí gần chỗ đấu dây của đầu vào tương ứng.
Điện áp điều khiển vào đến các tiếp điểm phụ của máy cắt và các thiết bị khác sẽ được cấp nguồn từ nguồn điện áp cách ly của RTU. Điện áp làm việc của RTU sẽ là 48Vdc. Việc bảo vệ mạch điện để hạn chế khả năng bị ảnh hưởng bởi tác hại trầm trọng do ngắn mạch gây ra trên các tiếp điểm thiết bị và trên các mạch đầu vào sẽ nằm trong RTU.
- Có hai loại điểm trạng thái được hổ trợ:
1. Điểm trạng thái 2 bit 2. Điểm trạng thái 1 bit
RTU phải có khả năng phát hiện và thông báo về trạm chủ rằng có hai hoặc nhiều thay đổi trạng thái đã diễn ra trong thời gian lấy mẫu cuối cùng không liên quan đến trạng thái hiện tại của thiết bị. Các ví dụ về những chuỗi thay đổi trạng thái phải được bao gồm liên quan:
1. Đóng, cắt - đóng
2. Cắt, đóng - cắt
3. Đóng, cắt - đóng - cắt 4. Cắt, đóng - cắt - đóng.
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 84
a - Đầu vào số - trạng thái hai bit
Các đầu vào trạng thái 2 bit sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái thiết bị. Các đầu vào trạng thái sẽ được lọc để hiện thị trạng thái thực tế của thiết bị. Trạng thái của những thiết bị đó sẽ thể hiện thông qua một cặp tiếp điểm gọi là tiếp điểm “a” và “b”. Các tiếp điểm này hoạt động như sau:
Trạng thái “a” “b”
Đóng Mở Đóng
Mở Đóng Mở
Đang di chuyển Mở Mở
Lỗi Đóng Đóng
Đối với các thiết bị di chuyển nhanh, có hai tiếp điểm mở trong một khoảng thời gian ngắn thể hiện có sự hỏng hóc về thiết bị. Đối với thiết bị di chuyển chậm, trạng thái đang di chuyển là trạng thái có giá trị. Trạm chủ sẽ phân biệt sự khác nhau giữa hai loại thiết bị này.
b - Đầu vào số - trạng thái một bit
Các đầu vào trạng thái một bit sẽ được sử dụng để giám sát các tín hiệu bảo vệ và cảnh báo của các thiết bị.
Digital Output
RTU phải hỗ trợ điều khiển giám sát hai trạng thái. RTU được thiết kế sao cho chỉ một đầu ra được kích hoạt tại một thời đIểm. Phương pháp chọn lựa trước khi thao tác được sử dụng. Thời gian tối đa RTU chờ đợi giữa nhận một lệnh chọn lựa điều khiển và lệnh kích hoạt sẽ là 0,1 và 5 giây trong sự gia tăng 0,1 giây. Nếu lệnh kích hoạt không nhận được trong khoảng thời gian cài đặt sẵn, thì thao tác sẽ phải kết thúc. Việc cài đặt tại xưởng sẽ là 1 giây.
RTU sẽ cung cấp nguồn để vận hành các rơ le đầu ra có công suất thấp; các rơ le đầu ra được sử dụng để vận hành các rơ le trung gian bên ngoài do Chủ đầu tư cung cấp, các rơ le này được cấp điện từ nguồn 48 VDC. Sự an toàn cho đầu ra số sẽ đáp ứng các yêu cầu như đã nêu trong thông số.
Rơ le đầu ra điều khiển được yêu cầu cho mỗi hướng điều khiển đối với một thiết bị. Mỗi rơ le đầu ra như vậy sẽ cung cấp một tiếp điểm cho một chu kỳ có thể
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 85
cấu hình. Thời gian đóng sẽ là từ 0,1 đến 5 giây gia tăng mỗi lần 0,1 giây, có thể cài đặt bởi tham số phần mềm được tải xuống từ trạm chủ.
Mạng LAN
Tất cả LAN đều sử dụng giao thức truyền tin chuẩn công nghiệp. Cấu hình
mạng LAN có thể theo cấu trúc Star or Multi-drop. (Mạng hình sao hoặc điểm - đa
điểm).
Nguồn cung cấp
RTU sẽ được trang bị một hệ thống cấp nguồn. Hệ thống này lấy nguồn từ nguồn ắc qui 48VDC tại trạm cung cấp chung cho thiết bị thông tin và SCADA.
Môi trường làm việc
Các điều kiện về môi trường phụ thuộc vào nơi mà thiết bị được lắp đặt, tuy nhiên, để đảm bảo sự làm việc tin cậy, RTU sẽ phải đáp ứng các điều kiện khí hậu khắc nghiệt và được thử nghiệm chủng loại (type test) để có thể làm việc liên tục trong các điều kiện như sau:
- Nhiệt độ : 0C to +50C - Độ tăng nhiệt độ : Lên đến 0.5C/min
- Độ ẩm tương đối : Lên đến 95% ở 40C
- Độ ẩm tuyệt đối : Lên đến 29 g/m3
Cấu trúc vật lý RTU
RTU phải có cấu trúc chắc chắn để chịu đựng được quá trình đóng gói, chuyên chở, lắp đặt và khởi động mà không bị hư hỏng. Việc đóng gói bảo quản RTU sẽ bảo vệ RTU không bị trầy xước, gãy vỡ hoặc các hư hỏng khác.
RTU cần phải được thiết kế sao cho không cần phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng định kỳ. Trong trường hợp việc kiểm tra bảo dưỡng là cần thiết, sẽ có thể thực hiện tất cả các công việc tại công trường mà không cần phải dừng các thiết bị của trạm .
Ngoại trừ thép không rỉ, tất cả các bề mặt thép không được mạ sẽ được xử lý để chống lại sự rỉ sét. Tối thiểu, việc chống rỉ sét sẽ bao gồm các hạng mục sau:
- Bề mặt sẽ được đánh sạch bằng các phương pháp cơ khí hoặc hoá học để lộ
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 86
- Sơn một hoặc lớp hoặc một vài lớp sơn lót lên bề mặt trần của vật liệu.
- Một lớp sơn cuối cùng bằng chất chống trầy hoặc bột epoxy sẽ được phủ lên
lớp sơn lót. Độ dày của lớp sơn này tối thiểu là từ 50 micrometers trở lên. Mã RAL của lớp sơn sẽ được thoả thuận với nhà thầu trúng thầu trong giai đoạn thiết kế.
Relay
Rơ le lặp lại trạng thái được dùng để chỉ thị trạng thái cho các đối tượng như máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa và các tín hiệu bảo vệ. Nên các loại rơ le có đặc tính kỹ thuật phù hợp với điện áp mạch tín hiệu trong trạm, làm việc tin cậy và phải được bảo vệ tránh bụi và hơi nước. Do việc được ngâm điện thường xuyên, nên các rơ le này cần được lựa chọn cẩn thận để có mức tiêu thụ điện áp thấp.
Rơ le điều khiển được dùng để thực hiện các lệnh điều khiển nhận từ trung tâm điều khiển. Chúng được thiết kế để vận hành từ nguồn điện SCADA. Các tiếp điểm của rơ le sẽ được được chỉ định một cách hợp lý đối với thao tác chuyển mạch và mang tải an toàn.
Thông số Rơle giám sát Rơle điều khiển
Phù hợp với tiêu chuẩn IEC 255-4 IEC 255-4
Bảo vệ theo tiêu chuẩn IEC144 IP50 IEC144 IP67
Mức chịu đựng điện áp:
- Dây đến tiếp điểm 2 kV AC/1 phút 4 kV AC/1 phút
- Tiếp điểm đến tiếp điểm 2 kV AC/1 phút 2 kV AC/1 phút
- Khi tiếp điểm mở 500 VAC/1 phút 1000 VAC/1 phút
Tiêu chuẩn vận hành (Theo
tiêu chuẩn C 255-1-00) 0.8 to 1.2 Un 0.8 to 1.2 Un
Điều kịên xung quanh
- Nhiệt độ Lên đến 55oC Lên đến 55oC
- Độ ẩm tương đôi Lên đến 95% Lên đến 95%
Phụ tải chuyển mạch nhỏ nhất
100mVA với Umin 1V hoặc min I mA
100mVA với Umin 1V hoặc min I mA
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa
Lê Thanh Bằng – 13BĐKTĐH Page | 87
Loại rơle Rơle 4 tiếp điểm, cắm
vào chân đế
Rơle giao tiếp 2 tiếp điểm, cắm vào chân đế Dây (*):
- Điện áp danh định lưới Un = 220 V DC 48VDC +15% -10%
- Điện áp danh định liên tục 1.2Un 1.2Un
- Dãy điện áp -20% to +20% -20% to +20%