NỘI DUNG BIÊN CHẾ ĐỀ ÁN Hệ thống SCADA và tự động hoá trạm biến áp TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TIỂU LUẬN MÔN HỆ THỐNG SCADA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Việt Th S Nguyễn Tuấn Ninh Nhóm học viên thực hiện Phạm Đình Nguyện Phạm Văn Cường Vũ Thế Vinh Lớp 12BHTĐ PC Nam Định, tháng 05 năm 2013 TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110KV E3 4 PHI TRƯỜNG SỬ DỤNG RTU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC SCADA TỰ ĐỘNG HÓA TBA Trên cơ sở sơ đồ nối điện.
Trang 1VIỆN ĐIỆN
TIỂU LUẬN
MÔN: HỆ THỐNG SCADA
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP
Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Việt
Th.S Nguyễn Tuấn Ninh Nhóm học viên thực hiện: Phạm Đình Nguyện
Phạm Văn Cường
Vũ Thế Vinh
Nam Định, tháng 05 năm 2013
Trang 2TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110KV E3.4 PHI TRƯỜNG SỬ DỤNG RTU
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC SCADA & TỰ ĐỘNG HÓA TBA
Trên cơ sở sơ đồ nối điện chính (sơ đồ nhất thứ) và bảng Data List của một trạm110kV, 220kV, 500kV do học viên tự tìm hiểu Hãy xây dựng hệ thống tự động hóa trạmdựa trên RTU đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của trạm không người trực do EVN banhành Các chức năng tối thiểu đối với hệ thống Tự động hóa trạm gồm:
- Giám sát các thông số trạm (theo data lits);
- Thực hiện thao tác điều khiển từ xa đối với CB, LS, ES Tap changer position;
- Kết nối với điều độ cấp trên bao gồm điều độ miền Ax và Bx tương ứng với trạmtheo chuẩn kết nối IEC 60870-5-101 hoặc IEC 60870-5-104
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Trang 3I Hiện trạng thiết bị các trạm 110kV khu vực Nam Định thuộc phạm vị quản lý của Chi nhánh Lưới điện cao thế Nam Định.
Chi nhánh Lưới điện cao thế Nam Định là đơn vị quản lý, vận hành các trạm biến áp
và đường dây 110kV trên địa bàn các tỉnh Nam Định Số lượng trạm 110kV hiện nay Chinhánh đang quản lý là 10 trạm biến áp và 176,4 km đường dây 110kV
Hầu hết các trạm 110kV có sơ đồ kết dây theo kiểu sơ đồ cầu trong hoặc cầu ngoàihoặc sơ đồ một thanh cái, hoặc sơ đồ hai thanh cái có máy cắt phân đoạn Các trạm 110kVđều được trang bị công tơ điện tử, rơle kỹ thuật số cho các ngăn lộ 110kV, MBA, các ngăn
lộ tổng trung áp và hầu hết các ngăn lộ xuất tuyến trung áp với các dạng bảo vệ như sau: Bảo vệ đường dây
Bảo vệ chính được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N,50BF, 74,79/25, 85
Bảo vệ dự phòng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 50BF,74,79/25, 85
Thiết bị bảo vệ máy biến áp
Bảo vệ so lệch máy biến áp (F87)
Bảo vệ rơ le hơi 2 cấp
Bảo vệ nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây tăng cao, bảo vệ mức dầu hạ thấp
Bảo vệ áp lực dầu máy biến áp
Bảo vệ đi kèm bộ điều áp dưới tải
Bảo vệ bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thời gian và có thời gian F50/51
Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh không thời gian và có thời gian F50/51N
Bảo vệ quá tải máy biến áp 3 phía F49
Có trang bị bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR1
Bảo vệ đường dây trung thế
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và có thời gian (F50/51)
Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh không thời gian và có thời gian F50/51N
Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (F50BF)
Bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số (F81)
Bảo vệ quá tải (F49)
Trang 41 Khái niệm chung:
- SCADA ( Supervisor Control And Data Acquisition): Hệ thống điều khiển, giám sát vàthu thập dữ liệu
- Tại các trạm 110kV được lắp đặt, kết nối hệ thống SCADA nhằm mục đích thu thập cácthông số: đo lường, chỉ thị nấc phân áp, tín hiệu trạng thái, cảnh báo và điều khiển để gửilên Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền Bắc (A1)
- Các tín hiệu thu thập từ các trạm 110kV được viết tắt như sau:
+ Tín hiệu đo lường, chỉ thị nấc phân áp: Analog Inputs (AI)
+ Tín hiệu trạng thái: Double Inputs (DI)
+ Tín hiệu cảnh báo: Signal Inputs (SI)
+ Tín hiệu điều khiển: Double Outputs (DO)
Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA:
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA
Trang 52.1.1 Mô tả:
- Tủ RTU được sử dụng với mục đích thu thập các tín hiệu: đo lường, trạng thái, cảnhbáo và điều khiển, tủ RTU sẽ được kết nối với tủ thông tin để truyền dữ liệu lên A1
2.1.2 Các thiết bị trong tủ RTU
Trong tủ RTU thông thường được trang bị các thiết bị sau:
+ Thiết bị RTU/Gateway: để thu thập các tín hiệu và kết nối với A1 qua giao thức IEC60870-5-101
+ Transducer TAP: để thu thập tín hiệu chỉ thị vị trí nấc phân áp của MBA
+ Transducer U,I,P,Q: để thu thập các tín hiệu đo lường cho các ngăn lộ
+ Rơle trung gian 220VDC: để thu thập các tín hiệu trạng thái, cảnh báo,…
+ Rơle trung gian 48VDC: để gửi tín hiệu điều khiển từ RTU đến các thiết bị nhất thứ
2.2 Hệ thống thông tin
2.2.1 Tuyến thông tin viễn thông
Để phục vụ cho quá trình truyền tín hiệu SCADA, Hotline,… về A1 thì cần phải
có 1 hệ thống thông tin ổn định đảm bảo cho quá trình truyền dữ hiệu không bị suy hao
Tuyến thông tin này sẽ sử dụng 1 kênh thuê riêng để phục vụ cho việc truyền dữliệu, hiện tại ta đang sử dụng dịch vụ được cung cấp bởi Viettel Telecom,…
2.2.2 Thiết bị truy cập
Tại trạm 110 kV bao gồm các thiết bị chính như sau:
- 01 bộ truyền dẫn quang SDH/ STM-1
hotline, quay số, kênh SCADA …
- Thiết bị tách/ghép kênh MUX/DMUX sẽ ghép và dồn các kênh dịch vụ (2W, 4W,
…) thành tín hiệu điện 2Mbps và chuyển tiếp lên thiết bị truyền dẫn cấp độ STM-1
- Thiết bị truyền dẫn quang STM-1 sẽ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang 2M
- Tín hiệu quang 2Mbps sẽ được truyền về A1 thông qua 01 kênh dịch vụ của nhà cung cấp Viettel Telecom,
Trang 6hotline, quay số, kênh SCADA…
- Thiết bị tách/ghép kênh MUX/DMUX sẽ ghép và dồn các kênh dịch vụ (2W, 4W,
…) thành tín hiệu điện 2Mbps và chuyển tiếp lên thiết bị truyền dẫn cấp độ STM-1
- Thiết bị truyền dẫn quang STM-1 sẽ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang 2M
Trang 7- Tín hiệu quang 2Mbps sẽ được truyền về A1 thông qua 01 kênh dịch vụ của nhà cung cấp Viettel Telecom,
CHƯƠNG II GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TBA - SƠ ĐỒ
ĐẤU NỐI TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
I Yêu cầu đối với phần mềm
1 Yêu cầu đối với phần mềm chuyên dụng
Phần mềm chuyên dụng phải đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế, có thể thay thế cho các dạng
chuẩn phần mềm kết nối dùng để giao tiếp với RTU hiện hữu qua chuẩnIEC60870-5-104
2 Yêu cầu đối với phần mềm tổng hợp
Phần mềm có khả năng:
Phần mềm đáp ứng các vấn đề sau:
hành; Điều khiển thiết bị; Quản lý giám sát sự cố, cảnh báo; Thống kê tra cứu dữ liệuvận hành, thông tin về thiết bị, thông tin về cán bộ vận hành, gửi thông tin cần thiếtqua email đến bộ phận quản lý,…
trạng thái hoạt động tại các trạm 110kV; Lưu trữ đầy đủ dữ liệu vận hành của các Trạm110kV, xử lý và kiết xuất báo cáo, thống kê theo yêu cầu của phòng vận hành; Môphỏng trạng thái vận hành của các trạm; Kiết xuất dữ liệu cho các đơn vị liên quan;Nhắn tin/gửi email thông báo về sự cố/cảnh báo của hệ thống
3 Yêu cầu thu thập và xử lý dữ liệu
a Quản trị người dùng:
có thể thay đổi thông tin khi cần thiết
phạm vi quyền hạn trong thực tế
sở dữ liệu quá khứ trong suốt quá trình vận hành trạm
b Điều khiển thiết bị:
Trang 8• Đóng /cắt các máy cắt.
mật khẩu cho phép những người có trách nhiệm được phép thao tác hoặc can thiệp vào
hệ thống ở các mức độ khác nhau như: xem xét, thao tác, sửa đổi cấu hình, Phầnmềm điều khiển có khả năng lựa chọn hoặc bãi bỏ lựa chọn để tránh thao tác nhầm khi
vận hành (Với mỗi lệnh điều khiển, người vận hành phải xác nhận thao tác trước khi
hệ thống gửi tín hiệu thực thi)
dự án này tắt chức năng điều khiển)
c Thu thập dữ liệu:
Hệ thống thực hiện thu thập toàn bộ các tín hiệu từ RTU tại các trạm theo thời gian thực,các dữ liệu này được lưu trữ và hiển thị trên máy tính trạm và máy chủ đặt tại NGC Dữliệu thu thập gồm có: Tín hiệu về trạng thái của thiết bị; thông số đo lường; tín hiệu cảnhbáo sự cố/sự kiện, cụ thể:
Dữ liệu trạng thái:
le bảo vệ
Dữ liệu đo lường (analog):
đường dây 110 kV, ngăn máy biến áp, ngăn liên lạc
tổng trung thế
d Hiển thị thông tin, giám sát:
động và chuẩn xác về sơ đồ đấu nối, trạng thái các thiết bị điện cũng như thông số vậnhành theo thời gian trên các trang màn hình
đảm bảo thân thiện với người vận hành
cách nhanh chóng và chính xác
tiết Điều này có nghĩa: phầm mềm điều khiển phải hiện thị trang đầu tiên là sơ đồ đấunối toàn trạm trong đó có thể hiện trạng thái mang điện
chuột vào 1 ngăn lộ thì sơ đồ đấu nối cũng như thông tin về ngăn lộ đó được thể hiện
Trang 9chi tiết hơn, và cứ tiếp tục cho đến các thông tin sâu nhất về trạng thái vận hành cũngnhư thiết bị
e Lưu trữ, xử lý thông tin, quản trị cơ sở dữ liệu quá khứ:
sẽ được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu
các đĩa dùng cho các mục đích khác
f Lập các báo cáo, danh sách các sự kiện và các cảnh báo:
vận hành hoặc được tự động gửi thẳng ra máy in theo chương trình được lập trước
như thông tin về sự cố, sự kiện hay dữ liệu vận hành
nhắn tin khi gặp sự cố,…) từ trung tâm Điều độ/điều khiển
dụng
g Liên kết chia sẻ, dùng chung dữ liệu với các hệ thống liên quan:
Hệ thống có tính mở, đảm bảo tương thích với các hệ thống đang có cũng như chocho phép liên thông dữ liệu với các ứng dụng khác trong tương lai, theo đó:
vào hệ thống Truyền thông số của Công ty từ đó, các đơn vị khác có thể tra cứu, khaithác
trên bản đồ số
4 Yêu cầu về môi trường đáp ứng
Trang 10Hệ điều hành: Sử dụng hệ điều hành Windows cho máy tính trạm và máy chủ.
Database: Sử dụng Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server, đây là một hệthống quản trị CSDL tiên tiến và thông dụng, được bổ sung thêm nhiều tính năng mới với
sự cải tiến về tốc độ và chất lượng, tích hợp XML, có khả năng bảo mật tốt, hỗ trợ nhiềuloại dữ liệu Ngoài ra có thể chọn các hệ quản trị Cơ sở dữ liệu khác như Oracle,Access,
Font chữ: Dữ liệu lưu trữ theo bảng mã Unicode
Xây dựng biện pháp bảo mật riêng của hệ thống với cơ chế xác thực quyền, ngườidùng được cung cấp Tên tài khoản và mật khẩu truy cập và được phân quyền truy cập đếncác chức năng trong hệ thống Với những quyền hạn được phân thì người dùng chỉ có thểthực hiện được những chức năng giới hạn trong hệ thống
5 Yêu cầu về an toàn, bảo mật của phần mềm tổng hợp
Phần mềm phải đảm bảo tính chính xác, an ninh an toàn hệ thống
Hiển thị chính xác trạng thái thiết bị, thông số thu thập quan giao thức IEC 104
60870-5-Phân quyền sử dụng và có giải pháp đảm bảo an ninh an toàn, chống tấn công, truy cậptrái phép vào hệ thống
Có chức năng sao lưu, phục hồi dữ liệu
Bảo mật trong mạng LAN, WAN, VPN, chỉ những người có quyền truy nhập mới truyxuất được thông tin của hệ thống
Mọi tài liệu đều có mức bảo mật cho từng nhóm đối tượng sử dụng khác nhau
II SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
1 Sơ đồ đấu nối tín hiệu CB, LS, ES
Tín hiệu của CB, LS, ES được gửi đến hệ thống SCADA thông qua các rơle trunggian 220VDC được lắp tại tủ RTU/SIC Khi CB, LS, ES gửi tín hiệu chỉ thị vị trí cho cáckhóa điều khiển tại tủ điều khiển thì đồng thời nó sẽ làm cuộn hút của các rơ le trung giantương ứng tại tủ RTU/SIC tác động, RTU nhận biết được tín hiệu trạng thái thông qua cặptiếp điểm thường mở của các rơ le trung gian gửi tín hiệu đến các card DI của RTU
Trang 11Sơ đồ đấu nối tín hiệu trạng thái DCL, MC
2 Sơ đồ điều khiển CB, LS, ES
Tín hiệu điều khiển của hệ thống SCADA được gửi đến các thiết bị thông qua cácrơle trung gian 48VDC, tại tủ CP có khóa local/supervisor (SL/R) với mục đích: khi khóa
để ở vị trí local ta sẽ điều khiển các thiết bị bằng các khóa điều khiển tại tủ, khi khóa để ở
vị trí supervisor (remote) thì thiết bị sẽ được điều khiển bằng hệ thống SCADA
Trang 12Sơ đồ đấu nối tín hiệu điều khiển
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CẤU HÌNH SCADA CHO TRẠM 110 KV- E3.4 PHI TRƯỜNG SỬ DỤNG RTU.
1 Sơ đồ nối điện chính trạm 110 kV - E3.4 Phi Trường
1.1 Khái quát về thiết bị.
Trạm biến áp 110 kV - E3.4 Phi Trường hiện có :
Trang 13+ Biến điện áp.
+ Dây dẫn
Mục đích của phần này là nêu những yêu cầu cần thiết đối với thiết bị nhất thứ củamột trạm điện được trang bị hệ thống tự động hóa trạm, đồng thời cũng đề xuất giải phápcông nghệ mới cho các thiết bị biến dòng và biến điện áp nhằm đáp ứng yêu cầu đo đếm
và bảo vệ ngày càng chính xác qua đó phục vụ tốt hơn trong đo đếm, cũng như trong bảo
vệ, do đó ghi nhiễu loạn trên hệ thống sẽ được thể hiện rõ hơn, phục vụ tốt cho cácchương trình phân tích hệ thống Nhờ có các biến dòng và biến điện áp sử dụng công nghệmới việc định vị sự cố sẽ chính xác, giúp cho công tác tìm kiếm điểm sự cố sẽ nhanhchóng
Một trạm tự động hóa với thiết bị nhất thứ cũng phải tuân theo những nguyên tắcthiết kế chung của một trạm thông thường gồm các thiết bị chính như sau:
Máy biến áp lực
Máy cắt
Dao cách ly và dao tiếp địa
Các biến điện đo lường như Biến điện áp, Biến dòng điện
Chống sét
Để điều khiển đóng cắt các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, điều khiển nấc phân áp
hệ thống SAS có thể sử dụng một trong hai giải pháp:
Sử dụng hệ thống điều khiển trạm như LSA, SICAM của Siemens, PACiS củaAREVA, SEL, NARI và SAS 6x0 của ABB
Tuy nhiên trong đề tài này ta sử dụng thiết bị RTU loại RTU560C của ABB để thiết
kế thu thập dữ liệu và điều khiển các thiết bị thuộc các ngăn lộ : 131, 132,112, 331, 332,
631, 632 Khi điều khiển các thiết bị ta sử dụng các đầu ra số (Digital Output) của thiết bịtập trung dữ liệu, kết nối đến các rơ le trung gian lệnh có tiếp điểm song song với tiếpđiểm điều khiển các thiết bị trên
Thiết bị SCADA cụ thể là RTU được coi là thiết bị nhị thứ, thu thập tín hiệu từ hệthống đo lường, bảo vệ, điều khiển và tác động nên HT điều khiển của trạm
Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào số của RTU,còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng điện và điện áp được đưa vàocác bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương
tự của RTU Tại RTU dữ liệu được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi vềtrung tâm điều độ
1.2 Các tín hiệu của ngăn lộ
* Tín hiệu chỉ vị trí, trạng thái (Đầu vào số):
- Trạng thái của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa: Đóng/Cắt
- Tín hiệu về vị trí của khóa Local/Remote(Local/Supervise)
* Các cảnh báo, báo động bao gồm có (Đầu vào số):
Trang 14- Các tín hiệu chung.
- Các tín hiệu bảo vệ rơle số báo tín hiệu hoặc tác động cắt máy cắt : Quá dòng, solệch, chạm đất
- Các tín hiệu bảo vệ cơ khí nội bộ máy biến áp
- Các tín hiệu máy cắt không sẵn sàng làm việc
* Các giá trị đo lường công suất (Đầu vào tương tự): U, I, P, Q, nhiệt độ máy biến áp,
Signal Total (Số lượng tín hiệu)
Signal Name (Tên tín hiệu)
transducer cho các ngăn lộ ) 39
- Các tín hiệu đưa vào RTU 6
Số tín hiệu dự phòng ở RTU 2
Tổng số tín hiệu Analog ở RTU 8
Trang 15Digital input (Tín hiệu đầu vào nhị phân)
Fault (Lỗi) 1 220/380VAC 1 Fault (Lỗi) 1 Battery (Ắc quy) 1 Fault (Lỗi) 1 Power supply (Nguồn cấp) 1
8
Operation Remote/Local (Chế
Mode-độ thao tác Từ xa/Tại
Fault (Lỗi) 2
CB SF6 Blocked (Máy cắt khoá thao
Trip (Cắt) 8 Main Protections (BV chính tác động) 1 1 1 1 1 1 1 1
Trip (Cắt) 8
Backup Protections (BV dự phòng tác
Alarm 96 2
Tfr Buchloz alarm
Trip 96 2 Tfr Buchloz trip (Cắt máy từ rơle ga) 1 1
Trip 63 2 Tfr Pressure trip (Cắtmáy từ rơle áp lực) 1 1
Tap Changer oil Pressure trip (Cắt máy từ rơle dòng
Alarm 23W 2 Tfr Winding Temp
Trang 16CB Open status 6 Circuit Breaker (Máycắt) 1 1 1 1 1 1
CB Close status 6 Circuit Breaker (Máycắt) 1 1 1 1 1 1
LS Open status
Line Disconnecter -1 (DCL -1)
LS Close status Line Disconnecter -1 (DCL -1)
LS Open status Line Disconnecter -2 (DCL-2)
LS Close status Line Disconnecter -2 (DCL-2)
LS Open status Line Disconnecter -7 (DCL-7)
LS Close status
Line Disconnecter -7 (DCL-7)
LS Open status Line Disconnecter -3 (DCL-3)
LS Close status Line Disconnecter -3 (DCL-3)
ES Open status CB earthing Switch -15 (DTĐ-15)
ES Close status CB earthing Switch -15 (DTĐ-15)
ES Open status
CB earthing Switch -25 (DTĐ-25)
ES Close status CB earthing Switch -25 (DTĐ-25)
ES Open status Line earthing Switch -75 (DTĐ-75)
ES Close status Line earthing Switch -75 (DTĐ-75)
ES Open status Line earthing Switch -76 (DTĐ-76)
ES Close status
Line earthing Switch -76 (DTĐ-76)
ES Open status Transformer Earth Switch -38
ES Close status Transformer Earth Switch -38
ES Close status Transformer Earth Switch -0
ES Open status
BB Earthing Switch -14 (DTĐ thanh cái C11)
ES Close status
BB Earthing Switch -14 (DTĐ thanh cái C11)
ES Open status
BB Earthing Switch -24 (DTĐ thanh cái C12)
