5. Cấu trúc của luận văn
3.3.Phần cứng trung tâm vận hành-điều khiển
3.3.1. Yêu cầu chung
Toàn bộ phần cứng sẽ được sản xuất, chế tạo, lắp ráp, hoàn thiện, và được mô tả bằng tài liệu với mục đích là tạo ra hệ thống có chất lượng tốt nhất để đáp ứng với tất cả các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng của nhà sản xuất. Tất cả các thành phần phần cứng phải phù hợp với mục đích sử dụng và đảm bảo các thông số kỹ thuật tương đươngđể giảm thiểu giá thành đạo tạo và bảo dưỡng sau này.
Phần cứng sẽ được kiểm tra trong khi thử nghiệm xuất xưởng và yêu cầu thay đổi sẽ được đáp ứng vào lúc đó. Khi thử nghiệm tại hiện trường sẽ kiểm tra và chứng thực bởi nhà cấp hàng cũng như dịch vụ bảo hành, bảo dưỡng theo hợp đồng.
Phần cứng của hệ thống Trung tâm vận hành - điều khiển sẽ bao gồm toàn bộ những đặc điểm được mô tả trong đề xuất của nhà thầu và trong các tài liệu hỗ trợ có liên quan. Phần cứng phải tương thích với yêu cầu của phần mềm sử dụng tại trung tâm.
Hệ thống cấp nguồn AC cho Trung tâm vận hành - điều khiển được lấy từ 04 nguồn AC tự dùng độc lập:
- Nguồn 1 được cấp từ thanh cái 0,4 kV của MBA tự dùng TD41 sau máy biến áp 220 kV (AT1) của trạm biến áp 220 kV Nam Định;
- Nguồn 2 được cấp từ thanh cái 0,4 kV của MBA tự dùng TD43 sau máy biến áp 110 kV (T3) trạm biến áp 220 kV Nam Định;
- Nguồn 3 được cấp qua bộ nghịch lưu 1 (Inverter 1) lấy nguồn DC từ hệ thống ắc quy 1 của Trạm biến áp 220 kV Nam Định. Hệ thống ắc quy 1 gồm có 108 ắc quy chì có điện áp 2,0 V và dung lượng 200 A/h.
- Nguồn 4 được cấp qua bộ nghịch lưu 2 (Inverter 2) lấy nguồn DC từ hệ thống ắc quy 2 của Trạm biến áp 220 kV Nam Định. Hệ thống ắc quy 2 gồm có 108 ắc quy chì có điện áp 2,0 V và dung lượng 200 A/h.
3.3.2. Yêu cầu cụ thể
- Hệ thống máy tính điều khiển HMI được điều động từ các trạm biến áp 220 kV Nam Định, Thái Thụy và Trực Ninh (mỗi trạm điều chuyển 01 bộ máy tính HMI còn 02 bộ để tại phòng điều khiển của trạm).
- Hệthống máy tính Engineering Console được trang bị thêm. - Hệ thống Switch cấu hình mạng LAN được trang bị thêm.
- Hệ thống thiết bị an ninh mạng Ethernet Securite Gateway và thiết bị định tuyến Router.
- Thiết bị ngoại vi (Printer, phone,).
Danh mục thiết bị tại Trung tâm vận hành –điều khiển được thống kê trong bảng 3.1
Số lượng máy tính điều khiển HMI, máy tính kỹ sư (Engineering), thiết bị ghép kênh, thiết bị truyền dẫn…phụ thuộc vào số TBA thuộc quyền điều khiển của từng trung tâm. Ở đề tài này đề cập đến Trung tâm tổ chức vận hành- Điều khiển trong phạm vi 3 trạm biến áp không người trực.
Hệ thống điện tự dùng 220 VDC, 48 VDC tại trung tâm được dùng chung với trạm biến áp nơi đặt Trung tâm vận hành- Điều khiển.
Hệ thống cáp quang từ Trung tâm vận hành- Điều khiển đến các TBA không người trực được dùng hệ thống cáp quang có sẵn, được đầu tư từ khi xây dựng hoặc nâng khả năng tải các đường dây 220 kV.
Bảng 3.1. Danh mục vật tư thiết bị tại trung tâm vận hành - điều khiển
TT Danh mục thiết bị ĐVT lượSố
ng Ghi chú I Hệ thống điều khiển
1 Máy tính điều khiển HMI Máy 3
2 Máy tính Kỹ sư (Engineering) Máy 3
3 Phần mềm Microsoft Windows Pro 7
SP1 x64 English License 3
II Hạ tầng viễn thông
1 Thiết bị truyền dẫn quang hit7025-
Coriant Bộ 1
2 Thiết bị ghép kênh PCM30 Cái 1
3 Switch Bộ 2
4 Bộ biến đổi quang điện Bộ 2
5 Hệ thống cáp quang HT 2
6 Hệ thống cáp mạng CAT 6A HT 2
7 Tủ lắp đặt thiết bị truyền dẫn, ghép kênh, phiến đấu dây ODF
Cái
1
III Hệ thống cung cấp nguồn
1 Hệ thống UPS (Inverter) và các phụ kiện đi kèm
HT
2 2 Hệ thống áp tô mát cấp nguồn AC/DC HT 1
3 Cáp cấp nguồn AC HT 2 4 Cáp cấp nguồn DC HT 2 5 Hệ thống ắc quy cấp nguồn 220 VDC HT 2 6 Hệ thống ắc quy 48 VDC HT 2 Cấp nguồn cho thiết bị thông tin IV Thiết bị phụ trợ 1 Máy tính văn phòng Bộ 01
TT Danh mục thiết bị ĐVT lượSố
ng Ghi chú
2 Máy ghi âm điện thoại Máy 3
3 Máy in Laser+Scan Máy 1
4 Bộ đàm cầm tay Cái 02
SCADA ĐĐQG/ĐĐ miền Ax
Trung tâm điều khiển khác (B địa phương)
Trung tâm vận hành –Điều khiển
Thiết bị đầu cuối (RTU/Gateway)
IED IED Thiết bị truyền
thống Thiết bị truyền thống IEC 60870-5-101 IEC 60870-5-104 ... ... ICC P IE C 60870 -5 -104 Cáp tín hiệu IEC 61850 IEC 61850 Cáp tín hiệu
Hình 3.3. Sơ đồ thủ tục truyền tin Modbus
3.4. Truyền thông và khả năng kết nối
Hạ tầng cơ sở kỹ thuật của các TTĐK và TBA KNT vận hành xây dựng trên nền tảng hệ thống SCADAcủa các đơn vị trong EVNNPT.
3.4.1. Mạng viễn thông
Các đơn vị trong EVNNPT xây dựng mạng viễn thông hướng tới giải pháp IP hội tụ. Các thiết bị của TBA: Camera giám sát, điện thoại, thiết bị đầu cuối SCADA (RTU/Gateway) ..., kết nối đến TTĐK và việc truy xuất rơ le bảo vệ, đo xa công tơ đều qua mạng Ethernet với thủ tục truyền tin IP.
Đối với những TBA đang dùng hình thức điểm tới điểm để kết nối đến hệ thống SCADA hoặc TTĐK vẫn tiếp tục sử dụng cho đến khi đủđiều kiện chuyển sang mạng IP.
Theo định hướng của EVNNPT [6], trong tương lai B01 sẽ được trang bị hệ thống thông tin vận hành thu thập đầy đủ tín hiệu từ các TBA KNT, đảm bảo B01 có thể giám sát các thiết bị trong TBA (gồm cả tín hiệu Camera giám sát an ninh, giám sát chung thiết bị và tín hiệu của hệ thống phòng cháy chữa cháy) thay thế cho trung tâm vận hành- điều khiển.
3.4.2. Thủ tục truyền thông tin
Trong trường hợp xây dựng mớiTTĐK, để các thiết bị trao đổi dữ liệu với nhau các thủ tục truyền tin sau đây bắt buộc phải áp dụng trong hệ thống SCADA và các TTĐK:
- Thủ tục theo tiêu chuẩn IEC 60870-5-101 áp dụng để kết nối thiết bị đầu cuối (RTU hoặc Gateway) đến TTĐK khi sử dụng kênh truyền theo hình thức điểm tới điểm.
- Thủ tục tiêu chuẩn IEC 60870-5-104 áp dụng để kết nối giữa thiết bị đầu cuối (RTU hoặc Gateway) đến TTĐK hoặc giữa TTĐK và TTĐĐ khi sử dụng mạng IP làm kênh truyền.
- Thủ tục theo tiêu chuẩn IEC 60870-6-503 hay còn gọi là TASE.2 hoặc ICCP áp dụng để kết nối giữa 2 hệ thống SCADA hoặc giữa TTĐK với TTĐĐ.
- Tiêu chuẩn IEC61850 áp dụng để trao đổi thông tin giữa RTU/Gateway với các thiết bị điện tử thông minh (IED) trong TBA, NMĐ.
- Tiêu chuẩn IEC 61968 và IEC 61970 áp dụng để tạo giao diện trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống phần mềm.
Hình 3.3 là sơ đồ thủ tục truyền tin trung tâm điều khiển với các TBA KNT và với TTĐK khác. Hình 3.4 là sơ đồ mô hình cấu trúc chung TTĐK, trong sơ đồ này khi các TBA chuyển đổi thành TBA KNT thì sẽ bỏ kết nối trực tiếp với TTĐĐ quốc gia và
các TTĐĐ HTĐ miền. Hình 3.5 là sơ đồ mô hình cấu trúc kết nối phần cứng tại TTĐK.
Để đảm bảo thuận tiện cho công tác cấu hình chỉnh định và mở rộng hệ thống. Phần mềm SCADA phải có chức năng thiết lập và giám sát các thông số: baud rate, time allowed for an RTU to respond, the number of retries, accumulator poll interval, interval between scans cho mỗi một đường thông tin kết nối đến IEDs hoặc các RTU/GATEWAY tại các TBA (Communication line).
- Hệ thống phần mềm SCADA hỗ trợ dung lượng điểm dữ liệu (datapoint) kết nối ≥ 250.000 datapoint, hỗ trợ không giới hạn:
+ Đường truyền thông đến các IEDs (communication line). + Số lượng RTU/IED kết nối vào phần mềm.
+ Số lượng user đăng nhập vào hệ thống với cấp độ phân quyền khác nhau. - Hệ thống phần mềm SCADA tại trung tâm hỗ trợ kết nối tối thiểu 20 Operator WorkStation (trạm vận hành), tối thiểu 5 trung tâm điều khiển trong hệ thống và có khả năng mở rộng trong tương lai.
- Hệ thống phần mềm SCADA hỗ trợ chức năng giám sát và hiển thị thông tin trao đổi dữ liệu giữa Host (server) và các thiết bị trên lưới điện cũng như các RTU/GATEWAY tại các TBA theo từng giao thức kết nối, nhằm phục vụ cho công tác thiết lập và cấu hình hệ thống SCADA.
- Khi xuất hiện lỗi mất kết nối giữa host (server) với RTU/GATEWAY tại các TBA, các thiết bị trên lưới điện ngoài tín hiệu cảnh báo mất đường truyền yêu cầu phần mềm SCADA phải có chức năng gán cảnh báo trên giao diện HMI cho tất cả các điểm tín hiệu (status, anolog point) của kết nối đó nhằm đảm bảo tính trực quan, dễ dàng cho vận hành viên giám sát hệ thống.
- Đối với mỗi một kết nối (communication line) đến thiết bị trên lưới điện hoặc RTU/GATEWAY, phần mềm SCADA phải cung cấp chức năng dự phòng (1+1) khai báo thông tin kết nối (communication port hoặc IP address) tương ứng với từng giao thức sử dụng để đảm bảo tính dự phòng trong hệ thống.
3.4.3. An ninh hệ thống
Áp dụng các giải pháp an ninh tối thiểu sau:
- Cách ly hoàn toàn mạng IP của hệ thống điều khiển với mạng internet, mạng nội bộ.
- Các kết nối với hệ thống SCADA, TTĐK khác phải qua tường lửa (Fire wall). - Không cho phép cài đặt bất cứ phần mềm nào khác vào máy tính chủ, máy tính trạm trạm ngoài các phần mềm chuyên dùng cho TTĐK
- Không cho phép nối bất cứ thiết bị nào vào máy tính chủ, máy tính trạm của TTĐK như: thẻ nhớ, USB storage, ổ cứng di động, máy điện thoại, máy ảnh, máy nghe nhạc,..
3.5. Giải pháp kỹ thuật đối với từng TBA 220kV
Để giám sát vận hành –điều khiển từ xa. Tại các TBA 220 kV cần phải có các thiết bịnhư liệt kê trong bảng 3.2
Bảng 3.2. Danh mục vật tư thiết bị tại 01 TBA không người trực
TT Danh mục thiết bị ĐVT lượngSố Ghi chú
I Hệ thống điều khiển
1 Máy tính Gateway (Fullserver) Máy 2
2 Máy tính điều khiển HMI Máy 2
3 Máy tính Kỹ sư (Engineering) Máy 1 4 Phần mềm Microsoft Windows
Pro 7 SP1 x64 English License 3
II Hạ tầng viễn thông
1 Thiết bị truyền dẫn quang hit7025-
Coriant Bộ 1
2 Thiết bị ghép kênh PCM30 Bộ 1
3 Switch Bộ 2
4 Bộ biến đổi quang điện Bộ 2
5 Hệ thống cáp quang HT 2
6 Hệ thống cáp mạng CAT 6A HT 2
7 Tủ lắp đặt thiết bị truyền dẫn, ghép kênh, phiến đấu dây ODF
Cái
1
III Hệ thống cung cấp nguồn
1 Hệ thống UPS (Inverter) và các phụ kiện đi kèm HT 2 2 Hệ thống áp tô mát cấp nguồn AC/DC HT 1 3 Cáp cấp nguồn AC HT 2 4 Cáp cấp nguồn DC HT 2 5 Hệ thống ắc quy cấp nguồn 220 VDC HT 2
TT Danh mục thiết bị ĐVT lượngSố Ghi chú
thông tin
IV Thiết bị phụ trợ
1 Máy tính văn phòng Bộ 01
2 Máy ghi âm điện thoại Máy 3
3 Máy in Laser+Scan Máy 1
4 Bộ đàm cầm tay Cái 02
5 Máy tính xách tay Cái 02
5 Điện thoại IP Cái 01
6 Điện thoại Hotline A1 Cái 02
7 Camera IP Cái 01
3.5.1. Trạm biến áp 220 kV Nam Định
Hệ thống điều khiển Trạm 220 kV Nam Định
Hãng cung cấp công nghệ: Siemens/SicamPAS
Phần cứng:
- Full Server kiểu ACP-4320 được sản xuất bởi Advantech.
- Full Server có hai máy tính hoạt động song song, một máy chính và một máy tính dự phòng.
Hình 3.6. Máy tính Full Server trạm biến áp 220 kV Nam Định
- Bộ chuyển đổi mạng RSG2100NC sản xuất bởi Ruggedcom hỗ trợ IEC 61850; cổng giao diện điện và quang học. 3 mạng chuyển mạch chính được kết nối với nhau như vòng khép kín hoặc vòng duy nhất. Kết nối này đảm bảo dự phòng của hệ thống mạng. Tất cả các trang thiết bị kỹ thuật số và hiện có với chuẩn IEC61850 được kết nối trực tiếp đến chuyển đổi mạng (network switch).
- Đèn cảnh báophía trước của hệ thống chuyển đổi mạng: Báo động - cảnh báo về tình trạng hoạt động từ bình thường, không bình thường.Báo động - cảnh báo này tự mất đi.
- Pwr1, Pwr2 - Cảnh báo của 2 nguồn cung cấp cho chuyển đổi mạng. Đèn báo số 1-20: Trạng thái kết nối của các cổng.
- Bộ chuyển đổi mạng RS400 (lắp đặt trong = SC1+X1) hỗ trợ thiết bị có kết nối điện (RJ45 và Modbus) để truyền tín hiệu đến máy chủ thông qua hệ thống mạng.
Hình 3.7. Bộ chuyển đổi mạng RSG2100NCtại trạm biến áp 220 kV Nam Định
Hình 3.8. Bộ chuyển đổi mạng RS400tại trạm biến áp 220 kV Nam Định
- Hệ thống đồng hồ bao gồm ăng ten để nhận tín hiệu từ GPS và bộ nhận tín hiệu GPS FG4490G10 sản xuất bởi Hopf. Ăng-ten được lắp đặt ngoài trời để truyền tín hiệu thông qua cáp đồng trục để nhận cài đặt trong nội các máy tính. Bộ nhận tín hiệu là dưới hình thức thẻ mở có thể được cắm vào PCI giá trên Server.
Hình 3.9. GPS ăng-ten và bộ nhận tín hiệu Hopf FG4490G10 GPS
- Server nhận được tín hiệu từ GPS để điều chỉnh đồng hồ nội bộ riêng của mình và có một hệ thống tham chiếu thời gian cho máy tính và rơ le khác trong mạng.
- Rơle số kết nối vào hệ thống mạng thông qua giao diện điện và cáp. Mỗi rơle có 2 cổng điện (RJ45). Trong khi rơ le hoạt động sẽ gửi tín hiệu thông qua cả hai cổng. - Tại bàn vận hành, có hai hệ thống máy tính hoạt động. Mỗi một hệ thống máy tính có hai màn hình hiển thị. Do đó 4 vị trí có thể được theo dõi cùng một lúc. máy tính vận hành là để giám sát, điều khiển hệ thống; truyền lệnh điều khiển; thiết lập chế độ làm việc; phân tích dữ liệu, vv
- Máy tính kỹ thuật được trang bị để phục vụ cho cài đặt các tham số thiết bị, cấu hình hệ thống, in ấn, biên soạn, vv
- Hệ thống điện: hệ thống máy tính và thiết bị mạng được cung cấp điện từ 2 nguồn độc lập. Máy tính sử dụng xen kẽ cung cấp điện từ 2 bộ nghịch lưu.
Phần mềm:
- Phần mềm được cài đặt trong Full Server bao gồm SICAM PAS. SICAM PAS CC, WinCC trong máy tính điều khiển HMI.
- Phần mềm Digsi V4.86 và SICAM PAS cấu hình với USB được cài đặt trong máy tính kỹ thuật.
- Phần mềm Digsi 5V6.2 và SICAM PAS cấu hình với USB được cài đặt trong máy tính kỹ thuật.
- Phần mềm SICAM PAS sử dụng bản quyền USB đó là luôn luôn cắm vào cổng USB ở phía trước sau khi phần mềm chạy (2 dongles cho 2 Full Servers).
- SICAM PAS CC dùng khóa bản quyền quản lý bởi Authorization License Manager.
Các giao thức (Chuẩn kết nối):
- IEC 61850: Giao thức được sử dụng để kết nối các thiết bị bảo vệ đến mạng.
- IEC 60870-5-101: Giao thức được sử dụng để kết nối Gateway với SCADA. - IEC 60870-5-103: Giao thức được sử dụng để kết nối các thiết bị bảo vệ đến mạng.
-IEC 60870-5-104: Giao thức được sử dụng để kết nối tới mạng WAN.
- Kết nối mạng vòng giúp để tránh bị gián đoạn thông tin liên lạc khi một kết nối với 2 vòng chính bị phá vỡ: Vòng kết nối thiết bị bảo vệ 220kV/ thiết bị điều khiển và vòng kết nối các thiết bị bảo vệ 110kV/ thiết bị điều khiển.