nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm biến áp 110kv

Chức năng của một hệ thống là một thiết bị hoànthiện về chức năng có thể được bổ sung trong hệ thống điều khiển, nhưng lưu ýrằng một trạm cụ thể có thể chỉ sử dụng một phần chức năng có

Mục lục

CHƯƠNG I 4

1.Giới thiệu chung 5

2.Chức năng và cấu trúc( topology) mạng 6

2.1Các phần tử hệ thống : 7

2.2Các yêu cầu hệ thống 8

3.Phần cứng thi hành 8

3.1.HMI - Topology cơ sở: 8

3.2.RTU/ PLC - Topology cơ sở: 9

3.3.Topology phân phối: 9

4 Các phuơng pháp truyền thông: 13

4.1.Giao thức truyền thông và định dạng: 12

4.1.1.Giao thức RS232: 12

4.1.2.Giao thức RS485: 13

4.1.3.Các giao thức IEC 870-5: 14

4.2.Giao thức mạng: 15

4.2.1.Mô hình ISO-7 lớp: 15

4.2.2.Giao thức UCA (Utility Comunications Architecture) 16

4.3.Ngôn ngữ: 18

5.Chức năng tự động trạm biến áp 18

6.Hướng phát triển tương lai: 21

CHƯƠNG II 22

1.Giới thiệu hệ thống điều khiển tích hợp 23

2.Qui mô của hệ thống điều khiển tích hợp trạm: 24

2.1Bộ xử lý chủ (trung tâm) tại trạm : 25

2.2Mạng cục bộ tại trạm( LAN): 25

2.3Giao diện người- máy HM: 26

2.4Các giao diện của hệ thống liên lạc: 26

3.Chức năng 26

3.1Thu thập dữ liệu 26

3.1.1Các dữ liệu tương tự: 27

3.1.2Dữ liệu trạng thái: 27

3.1.3Thông tin về trình tự của các sự kiện: 27

3.1.4Các dữ liệu dạng sóng: 28

3.1.5Các thông tin về sự cố& chất lượng điện năng 28

3.1.6Khả năng truy nhập vào các thiết bị IED 28

3.2Điều khiển: 28

3.2.1Từ trung tâm điều độ: 28

3.2.2Từ phòng điều khiển trạm : 28

3.2.3Tại các tủ điều khiển, bảo vệ ở từng ngăn lộ : 28

3.2.4Tại thiết bị: 28

3.3Đo lường và giám sát: 30

3.4Lưu trữ, xử lý dữ liệu: 30

3.5Xử lý tín hiệu cảnh báo: 31

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

4.Giao diện người sử dụng: 33

4.1 Màn hình hiển thị sơ đồ một sợi trạm: 34

4.2 Màn hình hiển thị giá trị đo: 35

4.3 Màn hình cảnh báo: 35

4.4 Bảng báo hiệu cảnh báo: 36

4.5 Nhật ký trạm: 36

5 Thủ tục truyền tin và các giao diện truyền tin 36

5.1 Thiết bị IED và các thủ tục truyền tin 36

5.2 Giao diện EMS 36

5.3 Khả năng truy nhập từ xa qua modem: 37

CHƯƠNG III 39

1.Đặc điểm của các trạm biến áp nước ta hiện nay: 39

2 Ứng dụng hệ thống điều khiển tích hợp: 39

2.1 Đối với các trạm cũ: 39

2.2 Đối với các trạm mới: 39

3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển tích hợp cho một trạm biến áp: 39

3.1 Cấu hình hệ thống: 39

3.2 Thiết bị phần cứng: 40

3.2.1 Máy tính chủ (SYS500): 40

3.2.2 Máy tính lưu trữ dữ liệu quá khứ: 40

3.2.3 Khối xử lý chính: 41

3.2.4 Các rơle: 43

3.3 Phần mềm: 44

3.3.1 Phần mềm giao diện người-máy: 44

3.3.2Phần mềm quản lý rơle: 53

3.3.3 Phần mềm cài đặt cho khối xử lý chính: 53

3.3.4 Phần mềm hiển thị báo cáo sự kiện 54

3.4 Đánh giá: 56

CHƯƠNG IV 62

1 Giới thiệu chung: 62

2 Sơ đồ của trạm biến áp 110 kv: 65

3 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát trạm GIS hầm Hải Vân: 67

3.1 Sơ đồ hệ thống MicroSCADA: 67

3.2 Nguyên lý hệ thống MicroSCADA: 68

3.3Tổng quan hệ thống SCADA: 68

4 Mô hình HT điều khiển, giám sát thay đổi nấc phân áp của MBA: 72

4.1 Phần cứng: 72

4.1.1Vi điều khiển AT89C51: 72

4.1.2Max 232: 74

4.1.3 Sơ đồ khối thiết kế phần cứng: 75

4.2 Phần giao tiếp máy tính- card: 76

Kết luận Tài liệu tham khảo SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Trang 2

Lời mở đầu

Tự động hoá là một xu hướng phát triển không thể tránh khỏi của các ngành kinh tế quốc dân, nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm chi phí tạo ra sản phẩm chất lượng cao cho xã hội và có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường Do đó, tự động hoá là một trong những ngành mũi nhọn quan trọng phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước.

Hiện nay, sử dụng điện năng là một nhu cầu tất yếu trong cuộc sống, do

đó cần phải nâng cấp hệ thống điện cũ với các thiết bị bảo vệ điều khiển lạc hậu, thiếu đồng bộ đang tồn tại, vận hành với độ tin cậy không cao Vì vậy, việc áp dụng công nghệ tự động hoá trạm biến áp sẽ góp phần làm giảm thời gian mất điện của phụ tải nhờ vào sự làm việc tin cậy của các thiết bị bảo vệ, khả năng chẩn đoán tình trạng làm việc của các thiết bị đang vận hành, giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng thiết bị, tích hợp thông tin trạm và trên toàn hệ thống Tuy nhiên, vốn đầu tư cho việc cải tạo nâng cấp hay xây dựng mới các trạm tự động

là rất lớn, hầu như tất cả các thiết bị phần cứng cũng như phần mềm đều phải mua của các công ty nước ngoài

Như vậy, việc ứng dụng một số thành tựu trong lĩnh vực tự động hoá trạm biến áp để giảm thiểu thời gian mất điện của phụ tải và giảm chi phí vận hành,

bảo dưỡng thiết bị là vấn đề bức xúc, đang được Tổng công ty điện lực Việt Nam

quan tâm Trong đồ án này phân tích chức năng của hệ thống điều khiển tích hợp trạm, đưa ra sơ đồ nguyên lý chung cho một trạm điều khiển tích hợp, rút ra những ưu điểm nổi bật so với các trạm cũ hiện nay Trên cơ sở đó, đưa ra mô hình vận hành bằng máy tính thực hiện chức năng điều khiển, giám sát thay đổi nấc phân áp của máy biến áp.

Đồ án đã được hoàn thành, trong bước đầu tìm hiểu, nghiên cứu, em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những chỉ dẫn của các thầy và sự đóng góp phê bình của các bạn sinh viên.

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn Lâm Tăng Đức cùng các anh ở Trung Tâm điều khiển hầm Hải Vân đã tận tình hướng dẫn và

giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2006 Sinh viên thực hiện

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

Đồ ân tốt nghiệp Nghiín cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến âp110KV

1 Giới thiệu chung:

Ngăy nay, câc thiết bị liín hợp có khoâ liín động vă điều khiển theo trình tựyíu cầu, đê được sử dụng trong nhiều trạm biến âp khâc nhau tuỳ theo mức độquan trọng của nó để ứng dụng tự động hoâ Những yíu cầu năy có thể được thểhiện trong thuật toân logic vă một phần của thuật toân năy thích ứng tốt với mâytính vă phần mềm kết hợp Mây tính được dùng để điều khiển mạng lưới điện, ví

dụ chúng được sử dụng để điều khiển trạm biến âp, sự tự động hoâ chỉ mới bắtđầu từ đầu năm 1970 Ứng dụng đầu tiín trong lĩnh vực truyền tải điện năng lărất lớn, như lă một quâ trình tự nhiín của một xu hướng tập trung văo phòng điềukhiển Sự đầu tư vốn lớn văo những hệ thống đó vă không sử dụng hệ thống cũ

đê chứng minh được tầm quan trọng của kế hoạch đó Khoảng 10 năm sau hoặchơn, trước yíu cầu của thực tế vă những thuận lợi trong sức mạnh tính toân văphần mềm đến ứng dụng của mây tính văo điều khiển tự động hoâ trạm biến âptrín một diện rộng hơn nhiều Vì vậy ngăy nay, yíu cầu vận hănh vă theo dõi câcthiết bị bảo vệ vă điều khiển từ xa ngăy căng trở nín cấp thiết nhằm giảm chi phínhđn công vă giải quyết nhanh chóng câc vấn đề phât sinh

SVTH : Nguyễn Nhật Ânh- 01Đ2A

Vận hành và bảo dưỡng

Điều khiển vă theo dõi trong

nhă bằng trình duyệt

Phđn chia nền

Thích ứng với nhiều phía

Đơn giản hóa hệ thống

Giảm chi phí

Bảo dưỡng từ xa, thu thập

thông tin bảo dưỡng

Phđn tích thời gian sự cố

Bộ điều khiển thời gian Rồ le Bộ theo dõi khí cụ điện RTU/

PLC

Cổng thu thập

2 Chức năng và cấu trúc( topology) mạng

Cấu trúc liên kết của một hệ thống điều khiển trạm là một kiểu cấu trúc củaứng dụng hệ thống máy tính Chức năng của một hệ thống là một thiết bị hoànthiện về chức năng có thể được bổ sung trong hệ thống điều khiển, nhưng lưu ýrằng một trạm cụ thể có thể chỉ sử dụng một phần chức năng có thể

Tất cả máy tính điều khiển hệ thống đều sử dụng một trong hai cấu trúcliên kết cơ bản sau :

a) Tập trung

b) Phân tán

Và khái niệm cơ bản của mỗi loại trên được nêu rõ ở hình

Đây là ví dụ của việc tự động hoá trạm sử dụng khái niệm tập trung, vì sựhạn chế trong công nghệ, cả bộ vi xử lý và kỹ thuật thông tin

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

Ví dụ này là về việc sử dụng cấu trúc phân phối IED's - như là bộ vi xử lýcủa rơle - có thể nối qua liên kết nối tiếp đa nhánh đến bộ xử lý Bộ xử lý nàyluôn kết nối với HMI, hoặc đến hệ thống điều khiển giám sát từ xa SCADA

2.1 Các phần tử hệ thống :

Các phần tử chính trong hệ thống điều khiển trạm biến áp là:

a)Các thiết bị điện thông minh (IED's): thực hiện một hoặc nhiều chứcnăng cụ thể trên mạch điện hoặc thanh cái trong một trạm Ví dụ phổ biến nhấtcủa một IED's là một bộ vi xử lý dùng rơle bảo vệ, nhưng nó có thể là một bộ xử

lý dùng để đo thiết bị, một giao diện rơle hoặc điều khiển

b) Bay Module ( hoặc bộ điều khiển ): Thiết bị này thường gồm tất cả cácphần mềm cần thiết cho điều khiển, khoá liên động của một vùng (đầu ra,…)trong trạm, đầu vào/ra (I/O) đến tất cả các thiết bị dược yêu cầu cho việc đolường, bảo vệ, điều khiển của một vùng I/O có thể gồm có I/O số và I/O tương

tự (giao diện thiết bị đóng cắt như là máy cắt, dao cách ly) và đường truyền thôngtin (nối tiếp hoặc song song) đến IED's

c) Giao diện người - máy( HMI) : Đây là giao diện chính dùng để điềukhiển và giám sát các thiết bị đóng, cắt, giám sát mạch đo lường

d) Một hoặc nhiều bus truyền thông liên kết với các thiết bị khác Ở mộttrạm mới, tất cả các phần tử của hệ thống tự động hoá thường sử dụng bus giống

Controlcentre

nhau, hoặc nhiều nhất là hai bus, để thu được hiệu quả cao Nơi mà hệ thống tựđộng hoá được trạng bị thêm để trở thành trạm hiện tại, rất cần thiết sử dụngnhững bus thông tin hiện nay để liên lạc với các thiết bị Như vậy sẽ có vô số cácbus thông tin trong phạm vi hệ thống tự động hoá.

e) Liên kết (link) đến hệ thống điều khiển giám sát SCADA Giao diệnriêng là một phần của máy tính HMI hoặc phần của IED's Có lẽ nó không đượccung cấp đầy đủ, chỉ một phần có ích cho việc tự động hoá trạm, khả năng điềukhiển, kiểm tra được chú ý nhất Nó có thể được sử dụng trong suốt quá trình tiếnhành việc phối hợp tự động đúng lúc khi những thao tác của vùng tự động nhưngtrạm vẫn được điều khiển bằng tay cho đến những thiết bị điều khiển đa chứcnăng

2.2 Các yêu cầu hệ thống:

Một trạm điều khiển tự động hoá thường có những đặc điểm sau:

- Điều khiển tất cả các phần tử thiết bị điện của trạm từ phòng điều khiển trungtâm

- Giám sát tất cả các phần tử thiết bị điện của trạm từ phòng điều khiển trungtâm

- Giao diện đến hệ thống điều khiển SCADA

- Điều khiển các phần tử thiết bị điện trong một vùng

- Giám sát các phần tử thiết bị điện trong một vùng

- Việc giám sát tất cả các phần tử tự động trạm được phối hợp với nhau

- Hệ thống quản lý dữ liệu

- Năng lực quản lý

Hệ thống có thể được đòi hỏi khả năng chịu sự cố, có nghĩa là thiết bị vàđường dẫn thông tin phải được dự phòng Phạm vi chịu sự cố sẽ phụ thuộc vàomức độ quan trọng của trạm Nhiều thiết bị tại nhiều trạm khác nhau có thể đượcđiều khiển từ một vị trí gọi là hệ thống điều khiển trung tâm

Chắc chắn những chức năng trên sẽ được hỗ trợ bằng những phần mềm ứngdụng Tuy nhiên, sự lựa chọn của việc hoàn thiện tất cả các chức năng được yêucầu cho từng phần mềm ứng dụng riêng biệt Việc xây dựng khối chức năng làphần mềm thiết kế, nó có thể được thêm vào những chức năng cần thiết hoặc loại

bỏ những khối chức năng không cần thiết Điều này thường xảy ra bởi người điềukhiển khi phát triển lưới điện Tính tương thích của cơ sở dữ liệu của mạng lưới

dữ liệu phải được chú ý, bảo đảm rằng có thể truy cập được dữ liệu trong quákhứ

3 Phần cứng thi hành

3.1 HMI - Topology cơ sở :

Công nghệ HMI là phần mềm không thể thiếu được trong thiết kế các hệthống đo lường, điều khiển công nghiệp và đặc biệt quan trọng khi mức độ tựđộng hóa hệ thống ngày càng cao

Công nghệ HMI là công nghệ giao tiếp chủ yếu dựa trên cơ sở giao tiếpgiữa con người (người điều hành) với hệ thống máy hay công cụ sử dụng (hệthống điều khiển, PLC, CNC ) thông qua đồ hình, đồ họa và con người có thể

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

 Tính hiệu quả, tính năng suất, tính thỏa mãn

Tuy nhiên, để đưa ra một sản phẩm HMI thích hợp, cần phải dựa trênnguyên lí chung là cần phải nhận biết được yêu cầu của người sử dụng

Trên cơ sở phạm vi sử dụng qua nhiều năm phát triển công nghệ này người taphân chia các mức ứng dụng sau:

 Giao diện HMI mức máy (machine level): Giao tiếp này xây dựng chocác ứng dụng tại chỗ như giao tiếp trực tiếp trên bàn điều khiển của thiết bị.Hãng Siemens đã đưa ra các công nghệ chính như sau:

+ Công nghệ OP (Operator Panels): Đưa ra các sản phẩm cho phép nốitrực tiếp với PLC giúp giao tiếp với hệ thống máy qua màn hình và các phímthao tác

+ Công nghệ CP (Communication Processor): Sản phẩm công nghệ nàydưới dạng các module cho phép ghép nối dễ dàng với các PLC nhằm tăng cườngchức năng giao diện HMI cho PLC Công nghệ này sử dụng các CPU mạnh kếthợp với bộ xử lý đồ họa có nhiệm vụ giao tiếp với PLC, tạo tín hiệu điều khiểncác màn hình màu cũng như thực hiện một số chức năng mở rộng khác như giaotiếp truyền thông điều khiển máy in, nối ghép bàn phím

+ Công nghệ MP (Monitor Panel): Là các bộ thao tác màn hình côngnghiệp MP lắp ghép ngay tại nơi vận hành sản xuất, đảm nhận chức năng giaotiếp giữa người vận hành với máy móc

 Giao diện mức máy cục bộ:

+ SIMATIC WIN CC: Hệ thống phần mềm chạy trên hệ điều hành Win9X, Windows NT với nhiều chức năng mở và cho phép truy cập nhiều ngườicùng một lúc

+ COROS LC-B: Cho phép xây dựng giao diện trên cơ sở phần cứng vàphần mềm

3.2 RTU/ PLC - Topology cơ sở:

Topology này là một sự nâng cao của topology HMI Một bộ vi xử lý - cơ

sở RTU/PLC được sử dụng để dẫn phần mềm tự động hoá, sự giải phóng máytính HMI đối với người điều khiển chỉ là bổn phận Máy tính HMI có thể có ítchức năng hơn và có thể không thường dược sử dụng ở trạm, nhân viên giám sát

có thể sử dụng một máy tính xách tay

RTU/PLC nhằm mục đích thiết kế và có thể sử dụng một hoặc nhiều chứcnăng bộ vi xử lý Một số lượng lớn I/O điểm có thể tương thích hơn so vớitopology HMI, trong khi khả năng hiện có của máy chủ đa dạng hơn với giaothức truyền thông IED và kết nối với hệ thống điều khiển SCADA Bay Module

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

không được yêu cầu, phần mềm kết hợp cho khoá liên động và điều khiển liêntục là một phần của phần mềm RTU/PLC.

3.3 Topology phân phối :

Mỗi vùng của trạm được điều khiển bởi một Bay Module, những thiết bịđiều khiển này và phần mềm liên động, giao diện đến những yêu cầu IED khácnhư là phần của điều khiển và bảo vệ cho vùng, và giao diện đến HMI Có thể sửdụng máy tính HMI để điều khiển một bộ phận của vùng riêng rẽ, kiểm tra và kếtquả tìm thấy lỗi Tổng số dữ liệu từ những điểm I/O trạm khác nhau ra lệnh rằngmột đơn vị giao diện SCADA riêng biệt được thực hiện ( thường gọi một RTUhoặc Gateway); trong khi nó có thể có nhiều hơn một máy tính HMI, máy chủđược dành cho quá trình hoạt động và dành cho kỹ sư sử dụng Một máy tínhHMI có thể điều khiển qua một liên kết riêng Nó luôn thực hiện việc phối hợp

để thời gian thực riêng hoạt động theo chức năng từ nhiệm vụ kỹ thuật, nó không

có giới hạn thời gian quan trọng

Việc kết nối giữa những Bay Module khác và máy tính HMI là rất quantrọng Đơn giản nhất là mô hình được giớí thiệu Đó là giải pháp đơn giản nhấtnhưng có 2 nhược điểm Trước tiên là, khi có một gián đoạn trên đường liên kết

sẽ dẫn đến mất tín hiệu vùng đang điều khiển; chỉ có thể điều khiển cục bộ quamột máy tính HMI kết nối với vùng đó Hai là, số lượng đầu truyền thông sẵn cócủa máy tính HMI sẽ giới hạn số lượng Bay Module

Dĩ nhiên, vấn đề đầu tiên được khắc phục bằng cách thêm đường liên kết giốnghệt như vậy và chạy trên những liên kết đó với những đường đi riêng Tuy nhiên,điều này làm cho đầu I/O trở thành vấn đề, dây cáp bảo đảm lộ trình đa dạng

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

SCADA interface Master clock(GPS, radio)

Computer Telecontrol or

bus interface

Bus interface Bay modul

IED's

Computer Station bus

I/O, devices

CT, VT

Sự lựa chọn tối ưu là kết nối với Bay Module Máy tính HMI và SCADAGateway trong một mạch vòng Bằng việc sử dụng cấu trúc truyền thông như làmạng LAN, mỗi thiết bị có thể điều khiển bất cứ thiết bị khác theo một mạchvòng mà không cần bất cứ một thông báo phản hồi

Một sự gián đoạn trong mạch vòng sẽ không làm ảnh hưởng đến hoạtđộng Việc mạch vòng tìm ra chỗ gián đoạn và sửa chữa phải được làm tự động

Do đó, tính sẵn sàng chịu sự cố của mạng này được cải thiện hơn Có thể sử dụngmạch vòng xuất phát từ máy tính HMI nếu số thiết bị vượt quá giới hạn của mộtvòng Nó dễ dàng hơn khi đặt vào một cơ sở, từng bước cho trang bị thêm nhữngphần mềm ứng dụng, nhưng dĩ nhiên những thuận lợi đó đều có một downside.Giá một topology cao hơn so với giải pháp khác, vì topology này được dự tínhcho những trường hợp cần độ tin cậy và tính sẵn sàng cao nhất HV và EHV trạmtruyền tải

Một số thiết bị riêng cần phải dự phòng Rơle và IED's khác có thể cũngđược dùng gấp đôi, mặc dù điều này có thể sẽ không thường được dùng trừ phi

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

được yêu cầu vì những nguyên nhân khác (ví dụ dây dân truyền tải có thể đượcyêu cầu để có sự bảo vệ chắc chắn - điều này nói đúng ra không phải là sự gấpđôi từng thiết bị riêng lẻ - mà cần yêu cầu từng sự bảo vệ riêng lẻ để có 2 rơlegiống nhau cùng tham gia một trong hai cơ bản) Thông thường để có nhiều hơnmột người điều khiển HMI, mỗi nguyên nhân hoạt động hoặc cho khả năng chịu

sự cố Hệ thống máy tính có thể được gấp đôi ở mức dự phòng nóng hoặc redundant' cơ bản, hoặc nhiệm vụ có thể được phân phối giữa hai hoặc nhiều hệthống máy tính với mỗi hệ thống có nhiều khả năng vượt quá chức năng của mộttrong những chức năng khác

'dual-Tổng số I/O trong một trạm quan trọng sẽ lớn và nó phải được bảo đảm rằngphần cứng máy tính và những liên kết truyền thông có đặc tính đủ để bảo đảmtính sẵn sàng thực hiện việc thay thế dữ liệu Việc quá tải trong vùng này có thểdẫn đến một hoặc nhiều việc:

a) Việc trễ quá mức của việc cập nhật biểu đồ, sự kiện tình trạng làm việc

hệ thống bình thường/ báo động đáp ứng điều bất ngờ xảy ra

b) Việc sai lệch cơ sở dữ liệu của hệ thống, vì thế thông tin đưa ra đếnngười điều khiển là không chính xác từng giai đoạn trạng thái của hệ thống điệnthực tế

c) Kết thúc hệ thống

Vì I/O ở vùng lựa chọn, cả số và tương tự sẽ đặc trưng được điều khiển bởinhững rơle thông minh hoặc IED's đặc biệt Bởi vậy việc bảo đảm những thiết bịnày có đủ I/O là rất quan trọng Nếu thêm IED's thì phải bảo đảm I/O thích hợp,lúc đó vốn đầu tư và số lượng liên kết truyền thông sẽ tăng lên

Một vấn đề quan trọng trong việc thực hiện đầy đủ các liên kết truyềnthông đó là hiện tượng nhiễu điện từ Nhiều loại liên kết truyền thông sử dụngđiện áp thấp nên dễ xảy ra sụt áp Thiết kế giao diện cẩn thận giữa thiết bị và bustruyền thông, bao gồm sử dụng opto-coupler ( bộ ghép nối ) và bộ biến đổi giaothức (protocol converter), được yêu cầu đế giảm nguy cơ sự cố đến mức tối thiểu

Sự bảo dưỡng, lắp đặt cáp truyền thông được kết hợp chặt chẽ với việc phát hiện,sửa chữa lỗi Trong khi nó không thể sửa tất cả lỗi, việc phát hiện cho phép ralệnh để truyền lại thông báo, và cũng cho con số thống kê được thu thập trên tỷ lệlỗi của những phần khác nhau của hệ thống có thể ra thông báo để duy trì bảodưỡng nghiên cứu, kiểm tra

4 Các phương pháp truyền thông

Truyền thông số giữa items của phần cứng được chia ra làm 3 yếu tố:

a) Giao thức (Protocol) : gồm có phần cứng, bộ kết nối,chức năng mỗichân của phần cứng, và mức độ tín hiệu

b) Định dạng (Format) : gồm việc điều khiển nguồn dữ liệu

c) Ngôn ngữ (language) : hoặc cách để thông tin được chuyển tải

4.1 Giao thức truyền thông và định dạng :

Khi nối những phần tử khác nhau của một hệ thống Hi-Fi nếu họ tìm hiểuchúng từ những nhà sản xuất khác nhau sẽ nhận thấy họ sử dụng những giao thứckhác nhau Tình hình cũng tương tự trong lĩnh vực công nghiệp Những nhà sản

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

xuất các thiết bị thường quảng bá để sử dụng một giao thức độc quyền; không lý

do nào tốt hơn để sử dụng duy nhất thiết bị của họ Tuy nhiên, người sử dụng có

ý thích ngược lại, họ thích mọi nhà sản xuất để sử dụng nhiều giao thức để có sựlựa chọn rộng nhất Thực tế những giao thức phát triển theo thời gian, và một vàigiao thức thích hợp hơn cho nhu cầu truyền thông Giao thức được sử dụng liênkết với định dạng, cho đến số lượng dây dẫn có thể phụ thuộc vào format dược sửdụng

Có hai format cơ bản dược sử dụng cho truyền thông dữ liệu:

a) Nối tiếp

b) Song song

Format nối tiếp bao gồm việc gửi dữ liệu một bit trong một thời gian dọc kênhtruyền Format song song bao gồm việc gửi dữ liệu nhiều bit đồng thời Rõ ràng,truyền song song đòi hỏi nhiều dây hơn truyền nối tiếp nhưng có thể truyền mộtlượng lớn dữ liệu tốc độ cao.Thực tế, truyền song song có giới hạn khi truyềntrên vài met, và do đó truyền thông chủ yếu sử dụng format nối tiếp Có một sốgiao thức truyền nối tiếp thông dụng được sử dụng trong thực tế lĩnh vực tự độnghoá trạm

4.1.1 Giao thức RS232:

Giao thức RS232C cho phép truyền hai chiều toàn phần (full-duplex) giữahai thiết bị (có thể cùng thu và phát tín hiệu cùng một lúc) Đặc điểm kĩ thuật cơbản cho trong bảng 1.1 Phần cứng chính yêu cầu tối thiểu 9 dây dẫn khác nhaumới đầy đủ,trong khi yêu cầu thông thường là 25 đầu nối Nếu điều khiển dòng

dữ liệu không yêu cầu thì chỉ cần tối thiểu 3 dây dẫn (trong đó 2 dây tín hiệu nốichéo các đầu thu phát của hai trạm và một dây đất) Chỉ giới hạn truyền thônggiữa hai thiết bị, giao thức này không hữu ích trong các sơ đồ tự động trạm biến

áp Tuy nhiên nó vẫn được mô tả bởi vì thường xảy ra không tương thích trongcác ứng dụng truyền thông từ xa, như giữa một trạm biến áp nhỏ với trung tâmđiều khiển sử dụng modem để chuyển dữ liệu thông qua đường điện thoại

Thành viên tham gia cực đại 1

Loại kết nối 25 core shieldedPhương thức vận hành Ghép nối trực tiếp

Khoảng cách truyền tối đa 15 m

Tốc độ dữ liệu cực đại 20kbit/sản xuất

Điện áp biến thiên 5V< ; <15V

Tốc độ quay bộ kích thích (Driver) 30v/sec

Bảng 1.1

4.1.2 Giao thức RS485 :

Chi tiết giao thức này cho trong bảng 1.2, giao thức này có nhiều lợi íchtrong sơ đồ tự động trạm biến áp Vì nhiều lý do, nhiều thiết bị có thể tham giavào một kênh dữ liệu, khoảng cách truyền thông xa hơn, có thể thông tin trên mộtvùng khá rộng, tốc độ bit cực đại khá cao Nó chỉ cần dùng đôi dây xoắn đơn

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

giản ( với đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm ), với tất cả thiết bị chained” (chuỗi cánh hoa) trên liên kết.

“daisy-Thành viên tham gia cực đại 32

Loại kết nối

Phương thức vận hành Khác

Khoảng cách truyền tối đa 1200m

Tốc độ dữ liệu cực đại 10Mbit/sản xuất

Điện áp biến thiên >15V

Theo đó, các thiết bị có thể được xác định từ mọi vị trí trong trạm biến áp vàlượng dữ liệu có thể truyền đi nhanh chóng nếu không gặp các vấn đề về truyềnthông Trở ngại chính là hệ thống truyền dẫn hai chiều gián đoạn (half-duplex),

vì thế các truyền thông sử dụng phương pháp hỏi tuần tự như là 'polling'

Thiết bị nào cần dữ liệu (chẳng hạn một máy tính trạm biến áp hoặc một ngườiđiều khiển) cần hỏi yêu cầu một thiết bị trong vòng chờ đáp ứng ưu tiên trước khichuyển sang thiết bị kế tiếp

Thiết bị nào kết nối với kênh truyền thông cần điều kiện báo động đèn để

ra lệnh Lệnh này tiếp tục polling tất cả thiết bị còn lại được nối với kênh truyền.Nếu số thiết bị cần kết nối lớn hơn 31 thì có thể cung cấp nhiều hơn một liên kếttruyền thông RS485

Kết nối chuỗi cánh hoa của RS485

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

Hai giao thức thường dùng là IEC 60870-5-101 và IEC 60870-5-103

 IEC 60870-5-101 được sử dụng để truyền dẫn giữa các thiết bị cókhoảng cách xa hơn Một ứng dụng tiêu biểu là truyền thông giữa một trạm biến

áp và phòng điều khiển trung tâm (CCR) Kĩ thuật truyền bit nối tiếp được sửdụng để có thể truyền với tốc độ cao hơn 64Kbit/s, phụ thuộc vào giao thứctruyền được lựa chọn từ các chuẩn theo lí thuyết Có thể sử dụng các Modem đểtăng khoảng cách truyền thông giữa các thiết bị

 IEC 60870-5-103 là một giao thức truyền thông riêng giữa mộttrạm chủ và các thiết bị bảo vệ (chẳng hạn các rơle bảo vệ) Đây là chuẩn cơ sở

và là một thiết bị cao cấp của hãng WDEW Đức

Hoặc truyền theo sợi quang hoặc sử dụng liên kết với RS485, truyền vớitốc độ 9600Kbit/s hoặc 19200Kbit/s Khoảng cách truyền tối đa trên sợi quang là1000m Cơ chế truyền thông là “Master/slave” (chủ/tớ), trạm chủ tiếp tục điềukhiển các slave (các rơle) tác động nếu bất kỳ thông tin nào đã sẵn sàng để gởi

từ các slave Trong khi vài thông báo được xác định theo chuẩn này thì các chứcnăng bị giới hạn Thêm vào đó, chuẩn này cho phép sử dụng từ thông báo riêngcủa nhà sản xuất Nhiều chức năng lớn được cho phép Nhưng đồng thời trở ngạitrong thao tác giữa các phần thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, bởi vì nókhông có cùng thông báo định dạng công cộng Nhiều người cho rằng đây là hạnchế lớn nhất của chuẩn này, những thông báo đặc biệt của nhà sản xuất các thiết

bị về cơ bản được sử dụng rộng rãi thay đổi chuẩn trở thành độc quyền của mỗinhà sản xuất

4.2 Giao thức mạng:

Đến đây, các giao thức đã trình bày rất có ích cho các phương tiện truyềnthông qua một vùng địa lý khá hạn chế

Có thể phối hợp sơ đồ tự động trạm trên một vùng rộng lớn, và vì thế cần

có giao thức phù hợp với vùng không gian này Các giao thức phù hợp thườngđược sử dụng nhiều nhất trong mạng là mô hình ISO-7 lớp Mô hình này đượcquốc tế công nhận là chuẩn qui định cho truyền thông giữa các hệ thống xử lý dữliệu

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

4.2.1 Mô hình ISO-7 lớp:

Mô hình mô tả một số lớp của hệ thống truyền thông, mỗi lớp có một chứcnăng riêng biệt Gần như bảo đảm tính tương thích chính vì thế bảo đảm cho cácsản phẩm từ các đại lý khác nhau theo chuẩn này có thể làm việc với nhau Cách

mô tả tốt nhất về chức năng mỗi lớp giống như việc thực hiện một cuộc gọi điệnthoại cho trong bảng 1.3

Lựa chọn các dịch vụ thích hợp cho chương trình

Chuyển đổi các dạng biểu diễn dữ liệu khác nhau

thành một dạng chuẩn Lớp biểu diễn dữ liệu(Presentation)Kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các

chương trình ứng dụng Lớp kiểm soát nối (Session)Cung cấp toàn bộ dữ liệu đầu-cuối và loại dịch vụ

cho việc vận chuyển dữ liệu một cách tin cậy bao

gồm khắc phục lỗi và điều khiển lưu thong

Lớp vận chuyển (Transport)Giải phóng và tìm đường đi tối ưu Lớp mạng (Network)

Đơn vị chuyển thông tin đến đầu cuối khác của

liên kết vật lý

Lớp liên kết dữ liệu(Data link)

Truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện vật lý đến

Bảng 1.3 Mô hình tương kết OSI-7 lớp

Có một số giao thức mạng tuân theo mô hình OSI như TCP/IP, Modbus, DNP.Điều này không có nghĩa là các thiết bị sử dụng các giao thức khác nhau có thểthay thế cho nhau hoặc thậm chí các thiết bị sử dụng cùng giao thức là có thểthay thế cho nhau được Các mục dữ liệu giống nhau có thể được cất giữ tại cácđịa chỉ khác nhau trong các thiết bị khác nhau, chính vì vậy cần phải lập trình lạicác máy khách để cập nhật thông tin khi một thiết bị được thay thế bằng thiết bịkhác thậm chí nếu chức năng không thay đổi

Một trạm biến áp có thể trang bị nhiều chủng loại thiết bị từ các nhà sảnxuất khác nhau và có thể sử dụng các giao thức khác nhau trong truyền thông,làm cho việc cập nhật hệ thống tự động rất khó khăn và giá thành cao Khó khănchính trong quá trình chuyển đổi giao thức là phát triển phần mềm biên dịchthông thường và xây dựng cơ sở dữ liệu riêng cho từng mục dữ liệu lưu trữ

4.2.2 Giao thức UCA (Utility Comunications Architecture):

Tồn tại một giao thức tiêu chuẩn hoá kiến trúc truyền thông v2.0 (UCAv2.0), tìm cách khắc phục những nhược điểm này thông qua ngôn ngữ hướng đốitượng gần với dữ liệu lưu giữ trong thiết bị đo lường/ điều khiển, cùng với mộtgiao thức theo chuẩn quốc tế (ISO 9506) trong lớp ứng dụng Các đối tượng dữliệu và dịch vụ sẵn có trong một thiết bị cho phép hệ thống định rõ vị trí Kháchhàng có thể rút ra một sự mô tả trong các đối tượng dữ liệu mà một thiết bị có thể

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

Dĩ nhiên, giao thức này bảo đảm khả năng liên vận hành; đó là khả năng các thiết

bị từ các nhà cung cấp khác nhau và truyền thông thành công với các chức năngkhác nhau Giao thức truyền đã được tách rời từ giao thức ứng dụng do các vấn

đề về địa chỉ thanh ghi…không tồn tại lâu hơn Để sử dụng các giao thức truyềnthì tất cả phải có địa chỉ, và các máy khách có thể sử dụng một trong các giaothức truyền thông thông thường để có thể liên lạc với các dịch vụ Có một chuẩnIEC tương đương với chuẩn này là IEC 61850 Mới đầu IEC 61850 chỉ ứng dụngtrong lĩnh vực tự động trạm biến áp nhưng về sau nó được mở rộng dần để ứngdụng trong nhiều lĩnh vực tương tự như UCA v2.0 Nhà sản xuất ngày càng tăngkhoảng cách giữa các giao thức UCA v2.0 và IEC 61850 với một thiết bị độcquyền trong đó

Có khả năng trong một thời gian ngắn, đa số các thiết bị điều khiển và bảo

vệ sẽ sử dụng một trong các chuẩn này cho truyền thông Sự thay đổi này do mộtnguyên nhân quan trọng là các chuẩn này cho phép sử dụng ngôn ngữ XML đểtrao đổi dữ liệu giữa các cơ sở dữ liệu Cũng như thông tin chứa trong hệ thống

tự động hay trung tâm điều khiển gồm một chuỗi cơ sở dữ liệu, vì vậy làm chothông tin được trao đổi dễ dàng

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

4.3Ngôn ngữ:

Ngôn ngữ truyền thông được hiểu là dữ liệu chứa trong một thông báo.Ngôn ngữ truyền thông thường là một phần của toàn bộ giao thức truyền thông.Hiển nhiên, cần thiết phải sử dụng cùng ngôn ngữ trong cả việc truyền và nhậnthông báo Trong khi một số chuẩn truyền thông sử dụng ngôn ngữ riêng biệt thì

nó thường được cung cấp linh hoạt, làm ảnh hưởng đến các phần tử riêng của nhà

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

5 Chức năng tự động trạm biến áp

Phần cứng bổ sung cung cấp các phương tiện vật lý để thi hành các chứcnăng trong sơ đồ tự động trạm biến áp Phần mềm cung cấp trong các thiết bịkhác nhau thường thi hành chức năng theo qui định Phần mềm có thể hết sứcđơn giản hoặc cực kỳ phức tạp Bảng 1.4 minh hoạ các chức năng được cung cấptrong một sơ đồ rộng lớn

Mô tả mạng điện và đặc điểm các thiết bị khác nhau kết hợp với mạngđược cất giữ trong máy tính như một cơ sở dữ liệu hay một khối cơ sở dữ liệu.Trong mỗi cơ sở dữ liệu, dữ liệu thiết lập vào các bảng thường trên một thiết bị

cơ sở để phản ánh các đặc điểm riêng quan trọng của thiết bị và mối tương quancủa nó với các thiết bị khác trên mạng

Việc thay đổi cấu hình hệ thống điện phụ thuộc vào sự thay đổi cơ sở dữliệu bằng cách sử dụng một công cụ phần mềm thích hợp được cung cấp bởi hệthống tự động Công cụ thường cao cấp, giao diện đơn giản đối với người dùng,

vì thế việc thay đổi một tuyến sẽ lập tức hiện ra trên màn hình, với “pick andplace” (lấy và đặt) là điều kiện thuận lợi cho các rơle, IED’s… Các việc nàythường làm ngoại tuyến bởi các kĩ sư vận hành trạm, nếu không có thể thao táctính toán bằng kinh nghiệm trên máy tính điều khiển

Yêu cầu hết sức cẩn thận và kiểm tra nhiều lần dữ liệu cả trước và sau khi nhậpvào cơ sở dữ liệu để đảm bảo quá trình thao tác không bị lỗi Sử dụng mô phỏngkiểm tra hoàn toàn cấu hình mới trước khi giới thiệu với người dùng về cơ sở dữliệu mới trong máy tính điều khiển để bảo đảm khả năng lỗi nhỏ nhất Phần mềm

đã viết là ưu việt theo chuẩn môđun, chính vì thế chỉ cần một ít hoặc thậm chíkhông cần viết và kiểm tra lại các môđun mới cho một trạm riêng biệt Dữ liệuphải được tính toán bằng phần mềm và được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu mạng, cónghĩa là không khó để thêm vào các chức năng sau đó với điều kiện là cơ sở dữliệu thiết kế có tính đến khả năng này Có thể có vài vấn đề nếu cấu hình hệthống điện thay đổi hoặc ưu tiên thay đổi chức năng thêm vào để đọc dữ liệu quákhứ

Việc đào tạo nhân viên vận hành chắc chắn được thực hiện trong quá trìnhhoạt động của hệ thống, cấu hình quản lý và bảo vệ hệ thống tự động Ngườicung cấp hệ thống tự động có thể sẽ cung ứng cấu hình quản lý và các dịch vụbảo vệ hệ thống nếu được yêu cầu trong hợp đồng, thông thường ban quản lý tàichính sẽ chi trả khi hệ thống cài đặt đã hoạt động tốt

Cần phải thận trọng khi ra lệnh đóng cắt thiết bị trong hệ thống, để ngănngừa rủi ro từ việc ra lệnh đó Hình 1 mô tả một cấu trúc phân cấp thường dùng

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đầu tiên yêu cầu người vận hành sử dụng password đăng nhập hệ thốngnếu muốn ra lệnh đóng cắt thiết bị

Các cấp khác nhau của người ra lệnh cho phép hạn chế kiểu lệnh và vị trí cáclệnh có khả năng đóng cắt, người vận hành riêng biệt có thể ra lệnh cho thiết bịtại một vị trí nhất định Cấp tiếp theo trong cấu trúc phân cấp là ra lệnh trên cơ sở

“đưa ra/xác nhận/chấp hành” (hình 2) vì thế người vận hành có cơ hội kiểm tra

sự chính xác của lệnh nhập vào để ưu tiên chấp hành

Phòng quản lý

Senior authoised person

Operator/

authoised person

Kỹ sư

System engineer

Chọn hoạt động

Chấp nhận hoạt động

Thực hiện hoạt động

Dừng

Khoá liên động

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

Hình 2 Lựa chọn thiết bị vận hành

Cấp cuối cùng trong cấu trúc phân cấp chứa trong phần mềm tại cấp ngăn lộ vàhoạt động sau khi người vận hành xác nhận hoạt động đóng cắt đã được chấphành Tại giai đoạn này, ưu tiên chấp hành và quá trình vận hành cần kiểm tra lại:

a Các thiết bị khoá ngoài (tức là ngăn chặn từ sự vận hành)

b Khoá liên động của thiết bị/chuỗi đóng cắt

để đảm bảo lệnh đưa ra an toàn Hoạt động bị dừng lại và người vận hành đượccung cấp tin nếu nó không an toàn để bắt đầu, mặt khác hoạt động được mang rangoài nếu người vận hành được thông báo khi nó hoàn thành

Trong một số hệ thống, một vài cơ cấu đóng cắt thông thường được tiếnhành tự động bởi phần mềm (chẳng hạn tự động chuyển đổi thanh cái của máybiến áp) Người vận hành chỉ cần yêu cầu “bus-transfer” tiến hành mang ra ngoàitrên một dây ra riêng Phần mềm có thể tiến hành chính xác chuỗi đóng cắt theoyêu cầu Việc này giảm tối thiểu khả năng lỗi từ người vận hành nhưng tốn kémhơn do phần mềm phức tạp hơn và mở rộng nhiều khu vực kiểm tra hơn trongnhà máy Hơn nữa, khi cần phải sửa lại phần mềm, cấu trúc liên kết trạm biến áphạn chế bởi số cấu hình nhỏ và tính liên tục Việc phát triển phần mềm về cơ bảnchỉ xảy ra một lần cho bất kỳ hệ thống điều khiển trạm biến áp riêng nào Chi phícho phát triển có thể thích hợp với sản phẩm bán ra của một số hệ thống như vậy,

và vì thế giá tới bất kỳ người dùng riêng lẽ nào là nhỏ so với những lợi ích tiềmtàng

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

6 Hướng phát triển tương lai:

Chức năng của một hệ thống tự động trạm biến áp luôn được phát triển đều đặnvới việc thêm vào các ứng dụng mới Việc mở rộng chức năng của các hệ thốngnhư thế đang phát triển trong nhiều phạm vi, nhưng hiện nay hai phạm vi chínhđang được quan tâm đáng kể đó là giám sát điều kiện và truy cập web

Điều kiện ghi mạch gói thực sự là phương tiện sẵn sàng cho cơ cấuchuyển mạch trong các hệ thống tự động, trong khi các gói độc lập sẵn có chocác máy biến áp.Dưới sự phát triển là các gói giống nhau cho các máy phát, cácmáy biến dòng (CT's), các máy biến áp (VT's) và các nguồn dự phòng Có thểcho rằng tất cả các thuận lợi này sẽ được cung cấp như một phần của gói giám sátđiều kiện thông minh trong sơ đồ tự động trạm biến áp ở tương lai không xa.Thuận lợi cho người dùng đó là gói giám sát điều kiện có thể là một phần củachính sách quản lý tài sản, để lên kế hoạch bảo dưỡng và thay thế, cộng với việcthu được bảng thống kê về mức độ hỏng hóc Có thể kết hợp với các nhà sản xuấtnhằm nâng cao thiết kế để cải tiến chất lượng

Thực tế đã có nhiều thảo luận về các kĩ thuật truyền thông đã có Sử dụng

kĩ thuật truyền thông Internet để thông tin giữa các trạm biến áp với chi phí thấp,đáng tin cậy, chức năng này có thể truyền đến các tuyến rất xa Ngoài ra còn cókhả năng truy cập dữ liệu từ một vùng rộng, nó cũng có thể hữu ích trong một vàitrường hợp Tuy nhiên việc quan trọng đó là sử dụng an toàn kĩ thuật truyềnthông Internet bởi vì nó tạo cơ hội cho những người cố ý truy cập trái phép gâyhại đến các phần chính có liên quan hoặc có thể mất dữ liệu mật Cũng như chiphí chính cho bộ kích thích chính (driver), có thể cho rằng các hệ thống tự động

sử dụng các kĩ thuật truyền thông sẽ xuất hiện trong tương lai, sử dụng các kĩthuật truyền thông an toàn và người dùng sẽ có kiến thức sâu rộng hơn về cácmối đe dọa phức tạp để áp dụng các biện pháp đối phó thích hợp

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

1 Giới thiệu hệ thống điều khiển tích hợp:

Hệ thống điều khiển tích hợp được sử dụng nhằm mục đích tích hợp các thôngtin trạm và việc trao đổi thông tin rộng rãI trên toàn hệ thống, duy trì hệ thống dữliệu, mạng và các giao diện người sử dụng Do đó, việc xây dựng các trạm biến

áp tích hợp sẽ tạo tiền đề cho việc liên kết các trạm với nhau sau này

Các nhiệm vụ chính của hệ thống tích hợp như sau :

1 Giao tiếp IED

2 Phiên dịch giao thức truyền tin

3 Quản lý thiết bị và IED

4 Trao đổi dữ liệu và trợ giúp điều khiển đối với kho dữ liệu

5 Môi trường trợ giúp cho các ứng dụng của người sử dụng

Nhiệm vụ của hệ thống tích hợp là yêu cầu các thiết bị IED đọc và ghi các sựkiện đưa vào kho lưu trữ dữ liệu Hệ thống tích hợp xử lý các dữ liệu, các yêucầu điều khiển từ người sử dụng và từ kho dữ liệu bằng việc kết nối qua hệ thốngLAN của trạm Một cách lý tưởng, hệ thống tích hợp phải cung cấp một giao diệnchung cho các thiết bị IED từ các nhà cung cấp riêng biệt Các chức năng sửdụng phổ biến nhất của IED cần phải có một giao diện chuẩn đối với hệ thốngtích hợp cho dù nhà cung cấp thiết bị IED là ai Kho dữ liệu sẽ sử dụng một dịch

vụ truyền tin chuẩn trong dao diện của mình Giao diện của kho dữ liệu hoàntoàn độc lập với các thủ tục được sử dụng để kết nối với các thiết bị IED Việctruy nhập trực tiếp vào bản thân các thiết bị IED, được xem như một phươngsách cuối cùng, chỉ được áp dụng khi kho dữ liệu hiểu rõ thủ tục của từng nhàcung cấp

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

Việc trao đổi thông tin giữa các trạm và trung tâm điều độ được thực hiệnthông qua mạng WAN( Wide Area Network) Mỗi trạm có thể kết nối với haitrung tâm điều độ quốc giá thành và trung tâm điều độ miền.

Trạm tích hợp hỗ trợ các chức năng truy cập từ xa bằng máy tính cá nhân,điện thoại thông qua mạng Internet Các dư liệu cho phép truy cập được chọn lọcthông qua bức tường lửa

Để thực hiện được việc liên kết các trạm thành hệ thống, các dự án sắp đầu tư,nâng cấp trạm phảI ứng dụng công nghệ tích hợp để giảI quyết từng bước, đưa tất

cả các trạm vào vận hành tự động, từ đó có thể liên kết toàn bộ các trạm vớinhau

2 Qui mô của hệ thống điều khiển tích hợp trạm:

Hệ thống tích hợp trạm trên cơ sở một hệ thống máy tính được sử dụng để tậphợp các hệ thống hoạt động độc lập, chẳng hạn như hệ thống SCADA, thông tinliên lạc, rơ le bảo vệ, điều khiển thiết bị điện, đo lường, báo sự cố, điều khiển tựđộng hệ thống phân phối, đưa vào một hệ thống lưu trữ dữ liệu, điều khiển vàgiám sát thống nhất trong trạm Hệ thống tích hợp trạm sẽ đưa ra một khuôn khổchung tạo điều kiện cho việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị điện tử thôngminh (IEDs), thiết bị cơ điện, hiện tại và tương lai nhằm làm cho hệ thống điềukhiển và giám sát trong các trạm của Tổng Công ty Điện lực Việt nam hiệu quảhơn, tiết kiệm hơn

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

2.1 Bộ xử lý chủ (trung tâm) tại trạm :

Đây là giao diện liên lạc trung tâm và khối xử lý của hệ thống tích hợp Bộ

xử lý tại trạm hoạt động như là bộ xử lý chủ tại chỗ để lưu trữ dữ liệu, tính toán,điều khiển, hiện diện các thông tin về trạm dưới các khuôn dạng khác nhau trêngiao diện của người sử dụng tại chỗ (UI), cất giữ các thông tin cho công việcphân tích trong tương lai và lưu giữ các bản ghi

2.2 Mạng cục bộ tại trạm( LAN):

Mạng LAN( Local Area Network) tạo ra sự liên lạc giữa các

phần tử của hệ thống tích hợp và các IEDs Mạng LAN được lắp đặt theo chuẩncông nghiệp, có cấu trúc mở sử dụng các thủ tục giao tiếp chuẩn, tốc độ truyền100Mbps, có khả năng chống nhiễu, tạo liên lạc giữa khối xử lý trung tâm vớicác thiết bị mức ngăn, trao đổi ngang hàng giữa các thiết bị (peer to peer), phâncấp ưu tiên truyền số liệu quan trọng, có khả năng tương thích với máy tính chủtại trạm

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

2.3 Giao diện người- máy HM:

Cho phép người vận hành truy nhập, phát triển và bảo dưỡng hệ thống dữ

liệu và thực hiện các thao tác điều khiển các thiết bị trong trạm

2.4 Các giao diện của hệ thống liên lạc:

Một giao diện với các thiết bị IED của trạm là cần thiết nhằm dịch các thủ

tục IED sang thủ tục chung của LAN phục vụ các dịch vụ truy nhập Nóbao gồm một giao diện với EMS thông qua hệ thống SCADA một cáchtrực tiếp hoặc thông qua một giao diện với RTU Hệ thống tích hợp traođổi thông tin với các hệ thống bên ngoài và người sử dụng từ xa Cần thiếtphải trợ giúp giao diện với các dạng khác nhau hoặc sự mở rộng của hệthống tích hợp đặt tại các lộ phân phối hoặc tại các trạm khách hàng nhỏhơn

3 Chức năng

3.1 Thu thập dữ liệu

Hệ thống tích hợp có thể thu thập tất cả phần dữ liệu từ các thiết bị IEDđược lắp đặt trong trạm Bên cạnh đó hệ thống còn cung cấp các phương tiện đểthu thập các tín hiệu đầu vào, không có sẵn ở các thiết bị IED, chẳng hạn như các

rơ le cơ điện, báo sự cố hệ thống ắc qui trạm, báo khói/báo cháy, các tín hiệu báođộng có sự xâm nhập Hệ thống tích hợp có thể thu nhận các dữ liệu tương tựcũng tốt như thu nhận các tín hiệu trạng thái

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

Khả năng dự trữ được thiết lập trong chức năng thu thập dữ liệu của hệthống tích hợp đáp ứng việc quản lý các yêu cầu phát sinh trong tương lai Khảnăng dự trữ thích hợp của hệ thống được cung cấp ngay từ đầu trong bộ xử lý chủcủa trạm, đáp ứng yêu cầu thực hiện giao diện với các thiết bị IED, tăng bộ nhớ

và khả xử lý trong tương lai

3.1.1 Các dữ liệu tương tự:

Hệ thống tích hợp phải có khả năng thu nhận các dữ liệu tương tự chẳnghạn như điện áp, dòng điện, công suất tác dụng và phản kháng trên cả 3 pha củatừng thiết bị công suất

Hệ thống tích hợp cũng phải có khả năng thu nhận thêm các tín hiệu tương

tự như nhiệt độ dầu MBA và cuộn dây, nhiệt độ không khí xung quanh và các đạilượng tương tự khác từ các nguồn không phải IED Hệ thống có thể thu nhận trựctiếp các tín hiệu điện xoay chiều đầu vào tốt như các tín hiệu một chiều màkhông cần bộ chuyển đổi Hệ thống có thể thu nhận được các dữ liệu tương tự có

độ phân dải cao để trả lời những phàn nàn về chất lượng điện năng và đánh giácác hoạt động sửa chữa

Hệ thống tích hợp yêu cầu việc thu nhận các dữ liệu từ các thiết bị IED vàcác thiết bị vào/ra (I/O) Việc yêu cầu dữ liệu từ thiết bị IED được tiến hành liêntục từ 2 đến 5s (tương tự như yêu cầu thông tin EMS từ các trạm)

3.1.2 Dữ liệu trạng thái:

Hệ thống tích hợp sẽ thu nhận các chỉ thị trạng thái sẵn có cũng như cácthông tin cần thiết để xác định trạng thái của thiết bị điện Ví dụ, hệ thống cảnhbáo vận hành khi thiết bị bị sự cố hay quá tải, sự mất điện của khách hàng, cáctín hiệu báo thời điểm bảo dưỡng khi phát hiện sự hư hỏng, chẳng hạn của ngăn

tụ và hư hỏng của hệ thống tích hợp hoặc thiết bị IED

Hệ thống tích hợp sẽ quét các tín hiệu trạng thái đầu vào ít nhất 1 lần trong1s và sẽ thông báo tất cả các điểm thay đổi trạng thái trên cơ sở loại trừ (có nghĩa

là chỉ khi nào trạng thái đầu vào thay đổi trạng thái)

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

3.1.3 Thông tin về trình tự của các sự kiện:

Hệ thống tích hợp phải có khả năng gắn nhãn thời gian cho các sự kiệntrong trạm, chẳng hạn như tín hiệu cắt của rơ le hay cảnh báo, tạo ra các bảnthông báo ghi trình tự các sự kiện gắn liền với thời gian xảy ra Hệ thống tích hợpthu thập các dữ liệu SOE từ mỗi thiết bị IED và các thiết bị vào ra trực tiếp RTU

và phải tạo ra danh sách các sự kiện từ tất cả các thiết bị IED theo trình tự thờigian thực

3.1.4 Các dữ liệu dạng sóng:

Hệ thống phải có khả năng hiển thị các dữ liệu sự cố, dao động hệ thốngdưới dạng đồ hoạ Hệ thống phải bao gồm các công cụ giúp việc phân tích dữliệu, chẳng hạn phân tích thành phần hài Nó phải có khả năng hiển thị giá trị tạibất kỳ điểm lựa chọn nào trên đồ thị dạng sóng dưới dạng số

3.1.5 Các thông tin về sự cố& chất lượng điện năng

Hệ thống tích hợp phải thu nhận các thông tin cần thiết để phân tích các sự

cố hệ thống, chẳng hạn như các bản ghi trình tự sự kiện, các dạng sóng đồ hoạ,

Nó có thể chuyển các thông tin về sự cố và chất lượng điện năng theo yêu cầu tớicác địa điểm được chỉ định (VD phòng rơ le) để phân tích tiếp theo Hệ thốngphải ghi nhận dữ liệu sự cố trên cả 3 pha

3.1.6 Khả năng truy nhập vào các thiết bị IED

Khi cần thiết, hệ thống tích hợp phải cung cấp một mạch liên kết ảo chomỗi thiết bị IED được nối vào hệ thống cho phép một đối tượng truy nhập vàocác thiết bị này một các riêng rẽ Mạch ảo này này cho phép đối tượng chỉ thị vàthu nhận các trả lời từ các thiết bị IED giống như khi kết nối trực tiếp với chúng.Khi vận hành ở chế độ này, hệ thống tích hợp sẽ không dịch các chỉ thị đưa tớihoặc trả lời của các thiết bị IED

3.2 Điều khiển:

Trạm biến áp được trang bị một hệ thống các đièu khiển bằng máy tính, hệthống điều khiển này cho phép thực hiện các nhiệm vụ điều khiển và giám sát cáchoạt động của các thiết bị trong trạm

3.2.1 Từ trung tâm điều độ:

Trạm được điều khiển và giám sát từ trung tâm điều độ Quốc Gia và trungtâm điều độ Miền thông qua hệ thống SCADA Thủ tục giao tiếp giữa trạm vàcác trung tâm điều độ là IEC-60870-5-101

3.2.2 Từ phòng điều khiển trạm :

Tại phòng điều khiển trạm có thể thực hiện chức năng điều khiển và giámsát hoạt động của các thiết bị trong trạm Để thực hiện được điều này cần có hệthống máy tính, phần mềm điều khiển và giám sát, mạng LAN liên kết các thiết

bị trong trạm Thủ tục giao tiếp đối với mạng LAN là IEC-60870-5-104/UCA2

3.2.3 Tại các tủ điều khiển, bảo vệ ở từng ngăn lộ :

Mỗi tủ điều khiển,bảo vệ ở mức ngăn được trang bị các bộ U/I để thực hiệnviệc thu thập, xử lý các tín hiệu số, tín hiệu tương tự trong một ngăn Trên mànhình bộ U/I mức ngăn hiển thị các giá trị đo lường, sơ đồ một sợi và đèn chỉ thị

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

a) Bộ chuyển đổi thanh cái phía điện áp thấp

Các tiêu chí thiết kế hiện thời cho các thanh cái 22kV cho phép ứng dụng cácngăn MAS phía điện áp thấp cũng như bộ liên lạc thanh cái MAS Chuyển đổithanh cái phía điện áp thấp chỉ tiến hành sau khi máy biến áp bị sự cố đã đượctách ra (bằng việc mở cầu dao máy cắt phía cao thế và MAS phía hạ thế) và cácmáy cắt lộ ra tương ứng với thanh cái đó đã mở Khi máy biến áp đã được tách ra

và phụ tải của các lộ ra đã được tách, bộ liên lạc thanh cái MAS phía điện áp thấp

có thể đóng lại và cấp điện cho thanh cái Bộ giám sát thanh cái, sau 10s trễ, sẽđặt lại rơ le cắt đầu ra và cho phép các máy cắt lộ ra tự động đóng trở lại

b) Chuyển lộ ra:

Chức năng này tương tự như chức năng tự động chuyển tải của máy biến áp,trong đó, trong trường hợp máy biến áp bị sự cố hoặc thanh cái phía cao thế hoặcphía điện áp thấp bị sự cố, chuyển đổi lộ ra được thực hiện thông qua việc đóngcầu dao liên lạc thanh cái phía điện áp thấp Cầu dao liên lạc phía điện áp thấphoặc máy cắt được ghép nối sẵn giữa 2 thanh cái Bảo vệ quá dòng máy biến ápđược sử dụng làm bảo vệ dự phòng cho máy cắt lộ ra trong trường hợp bị trụctrặc không cắt khi có sự cố Bảo vệ quá dòng máy biến thế làm việc không chophép thực hiện chuyển đổi lộ ra

c) Thay đổi nấc máy biến áp :

Các chức năng liên quan đến bộ chuyển nấc dưới tải của máy biến áp baogồm : điều chỉnh điện áp trong giới hạn có đặt thời gian trễ; Bộ giám sát vị trí nấcvới các cảnh báo vi phạm ngưỡng trên và ngưỡng dưới; Bộ giảm áp (Sơ đồ đượcthực hiện bằng lệnh SCADA cưỡng bức điều chỉnh điện áp) để hạ thấp điện ápthanh cái; Các thao tác điều khiển từ xa Thời gian chạy của mô tơ chuyển nấcMBA cần phải được giám sát

d) Chức năng Lọckout cho lệnh cắt

Các chức năng cắt và không đóng lặp lại được yêu cầu để cách li các thiết

bị sự cố trong trạm Ví dụ, sau khi sự cố do bảo vệ so lệch và rơ le gaz máy biếnthế tác động, sự cố do bảo vệ so lệch thanh cái tác động, do sự cố hỏng hóc máycắt, khi đó việc chuyển đổi cũng như mạch cắt lộ ra bị khoá

Có một số trường hợp khi cầu dao MAS (dao cách li được vận hành bằng mô tơ),

ở phía điện áp cao của máy biến áp bị sự cố, tách máy biến áp ra Khi MAS mở,các tiếp điểm 89/a tách mạch cắt máy biến thế phía điện áp cao và tiếp điểm 89/bnối tắt mạch liên động cho phép đóng lặp lại

e) Sa thải phụ tải khi tần số thấp

Trong trường hợp bị mất tổ máy phát và tần số bị suy giảm, các rơ le tần

số thấp sẽ làm việc để sa thải các lộ phụ tải được lựa chọn nhằm ngăn chặn sự tan

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

rã hệ thống Yêu cầu phải có điều khiển mạch cắt và mạch khoá của các máy cắt

lộ ra trên lưới phân phối với thời gian trễ có thể đặt được tuỳ theo các giá trị đặtcủa tần số Thời gian trễ phổ biến được đặt từ 12 chu kỳ tới 12s

f) Sa thải phụ tải khẩn cấp

Chức năng điều khiển từ xa rơ le khoá tần số thấp được yêu cầu nhằm sathải phụ tải trong các trường hợp khẩn cấp

g) Bộ giám sát nhiệt độ máy biến áp

Cần phải có một bộ giao diện với bộ giám sát nhiệt độ máy biến thế với 3cấp đặt khác nhau : giá trị đặt đầu tiên để khởi động cấp độ thứ nhất quạt làm mátvà/hoặc bơm dầu, giá trị đặt thứ hai để khởi động cấp độ thứ 2 quạt làm mátvà/hoặc bơm dầu, giá trị đặt thứ 3 để khởi động hệ thống chỉ thị và báo động từ

xa Cảnh báo này được gọi là " cảnh báo máy biến áp chính "

h) Điều khiển Volt/VAr

Hệ thống tích hợp phải có khả năng điều khiển bộ chuyển nấc máy biến thế,các bộ điều chỉnh, và các ngăn tụ bù đặt tại lộ ra và đặt tại trạm nhằm điều chỉnhđiện áp và công suất phản kháng Việc tự động đóng cắt các ngăn tụ bù dựa trêndòng công suất phản kháng thu nhận được, các điều kiện điện áp và các thông tinkhác phải được cung cấp Người vận hành phải được phép điều khiển từ xa bằngtay các thiết bị này Các bộ tụ tại từng trạm sẽ được đóng cắt theo thứ tự đượcxác định trong liệt kê thứ tự tụ bù được đưa vào (download) hệ thống tích hợp

Hệ thống tích hợp sẽ thay thế việc điều khiển các ngăn tụ tại chỗ Hệ thống tíchhợp phải tiến hành các kiểm tra theo chu kỳ khả năng đáp ứng của các ngăn tụ

bù trong những khoảng thời gian thấp điểm và sẽ xác định những ngăn tụ nàokhông đạt như dự định Trong quá trình kiểm tra này, dòng công suất phản khángchạy qua 3 pha sẽ được giám sát để kiểm tra xem các tụ được đóng cắt và vậnhành có đúng không Chức năng điều khiển điện áp phụ thuộc vào hệ thống tíchhợp trạm, và dự phòng cho chức năng này là không cần thiết

3.3 Đo lường và giám sát:

Toàn bộ các tín hiệu của trạm cũng như các thông số đo lường được thu thậpbởi các bộ I/O của các ngăn Các dữ liệu được thu thập theo thời gian thực, xử lý

sơ bộ tại các bộ I/O, sau đó được chuyển tới máy chủ, hiển thị lên màn hình Cáctín hiệu và thông số đo lường gồm:

- Sơ đồ vận hành của trạm cùng các thiết bị đóng cắt: máy cắt, dao cách ly, daonối đất

- Vị trí nấc phân áp của bộ điều chỉnh điện áp MBA

- Tình trạng làm việc của các thiết bị điện trong trạm

- Trạng thái làm việc của các thiết bị điều khiển

- Các thông số đo lường U,I,P,Q,f của các phần tử điện như đường dây, máybiến áp, thanh cái

- Báo động khi có sự cố trong trạm

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

3.4 Lưu trữ, xử lý dữ liệu:

Một số chức năng lọc dữ liệu, chuyển đổi và xử lý dữ liệu (Các tính toán chocác biến dữ liệu hoặc cho các ứng dụng chẳng hạn như tự động hệ thống phânphối) sẽ được yêu cầu tại chỗ trong hệ thống tích hợp trạm Một cơ sở dữ liệu tạichỗ được yêu cầu để chứa các dữ liệu quá khứ và hiện thời (tương tự như trongRTU) Các cơ sở dữ liệu khác cùng loại trong cấu trúc của EVN, tách rời khỏi hệthống tích hợp, không bao hàm trong phạm vi của hệ thống tích hợp, tuy nhiêngiao diện và sự trao đổi dữ liệu giữa hệ thống tích hợp và những người sử dụngkhác trong EVN phải được cân nhắc tới Việc xem xét nhu cầu trao đổi dữ liệutrực tiếp giữa các hệ thống tích hợp không thông qua cơ sở dữ liệu của công ty làrất quan trọng Cơ sở dữ liệu của công ty có thể được phân cấp hoặc phân phốinhư một cấu trúc khách hàng-server tuỳ thuộc vào nhu cầu của EVN

Hệ thống tích hợp phải trợ giúp các dạng sau đây cho quá trình xử lý dữ liệu :

 Các dữ liệu tương tự được quét vào

 Các dữ liệu trạng thái được quét vào

 Các dữ liệu luỹ kế theo thời gian

 Các dữ liệu tương tự được tính toán

 Các dữ liệu trạng thái được tính toán

 Các dữ liệu không phải đo xa

 Cơ sở dữ liệu

Hệ thống tích hợp phải có khả năng tính toán các biến "dẫn xuất" trên cơ

sở các giá trị đầu vào tức thời được thu nhận bởi hệ thống Ví dụ, Các chỉ thị sựmất cân bằng của dòng điện và công suất phản kháng các pha sẽ được tính toán.Các biến dẫn xuất sẽ nhận được quá trình xử lý tương tự như các tín hiệu quétđầu vào Điều này có nghĩa là nó có thể so sánh từng biến dẫn xuất với các giớihạn cảnh báo, hiển thị và ghi các giá trị của các biến đo dẫn xuất và các chứcnăng tương tự khác Hệ thống sẽ bao gồm các hàm logic và số học có thể được sửdụng để thực hiện các tính toán

3.5 Xử lý tín hiệu cảnh báo:

Sau khi phát hiện điều kiện cảnh báo, hệ thống tích hợp sẽ chuyển thông tincảnh báo tới từng cá nhân hay các đơn vị có trách nhiệm xử lí những tín hiệucảnh báo này Các điều kiện cảnh báo được giám sát bởi hệ thống tích hợp baogồm các tín hiệu cảnh báo vận hành, chẳng hạn như sự cố hay quá tải thiết bị,mất điện khách hàng, các tín hiệu báo thời điểm bảo dưỡng, chẳng hạn như cácngăn tụ bù kiểm tra thấy sự cố hay hệ thống tích hợp hoặc các thiết bị IED kiểmtra phát hiện hư hỏng Tất cả các tín hiệu cảnh báo của trạm đều có sẵn trên hệthống tích hợp và có thể hiển thị thông qua giao diện với người sử dụng

Với mức yêu cầu tối thiểu, hệ thống tích hợp phải bao gồm các chức năng xử lýtín hiệu cảnh báo sau :

1 Xử lý các dữ liệu tương tự và dữ liệu trạng thái "thô" để xác định

các điều kiện cảnh báo có thể

2 Thực hiện chức năng lọc tín hiệu cảnh báo để xác định liệu tín hiệu

cảnh báo là đúng hay không trong những điều kiện của hệ thống,

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

gán mức độ ưu tiên của cảnh báo trong dải từ mức ưu tiên cao đếnmức chỉ cung cấp thông tin.

3 Nhóm dữ liệu liên quan tới một điều kiện cảnh báo đơn lẻ được

nhận biết bởi một thiết bị nhận biết đơn lẻ để tránh lặp nhiều chỉ thịtương ứng với cùng một điều kiện cảnh báo

4 Phổ biến các thông tin cảnh báo tới những người sử dụng thích hợp

trong hệ thống tại các địa điểm khác nhau thuộc EVN, chẳng hạnnhư các trung tâm điều độ và các văn phòng bảo dưỡng Cũng cầnthiết đưa trực tiếp các tín hiệu cảnh báo tới các bàn điều khiểntrong trung tâm điều khiển là nơi có trách nhiệm xử lý các tín hiệunày

5 Làm nổi bật thông tin cảnh báo trên tất cá các màn hiển thị của hệ

thống tích hợp có chứa phần tử bị sự cố

6 Ghi lại cảnh báo trong cơ sở dữ liệu quá khứ của hệ thống tích hợp

7 Tự động nhắn cảnh báo đến nhân viên xác định

Hệ thống phải có khả năng tự động cấm bất kỳ một cảnh báo nào trên cơ

sở các điều kiện trực tuyến của hệ thống (Các cảnh báo "theo luật") Các bộ lọcquá trình xử lý cảnh báo phải được cung cấp, cho phép quá trình xử lý logic củacác cảnh báo sử dụng các phép logic Boolean và thời gian trễ trước khi chúngđược chuyển tới người nhận Một tập hợp các hàm logic Boolean và các hàm sốhọc luôn có sẵn trong hệ thống tích hợp để thực hiện các thao tác trên các biếncủa hệ thống tích hợp nhằm xác định xem cảnh báo có đúng không trong nhữngđiều kiện hiện tại của hệ thống Người ta cũng có thể cấm bằng tay các cảnh báođược lựa chọn

Hệ thống tích hợp phải cung cấp đủ thông tin tạo điều kiện cho người vậnhành hệ thống xác định kiểu và mức độ ưu tiên của cảnh báo mà không làm chongười vận hành cảm thấy mệt mỏi với qua nhiều chi tiết Khởi đầu, người vậnhành sẽ nhận dược một tín hiệu cảnh báo chỉ rằng có 1 sự kiện cảnh báo đơn(nghĩa là không muốn người vận hành hệ thống phải chịu quá nhiều tín hiệu báo

sự cố cho một sự kiện đơn lẻ) Tuy nhiên, người vận hành hệ thống có thể yêucầu bổ sung các mức độ chi tiết cho bất kỳ tín hiệu cảnh báo nào (Phải có khảnăng "khoan sâu" vào trong cảnh báo để xác định nguồn gốc)

Các cảnh báo phải được nhóm lại theo các nhóm đối tượng sử dụng (vậnhành, viễn thông, bảo dưỡng, công nghệ, ) và theo loại thiết bị (Máy biến áp,máy cắt, tụ bù, các trục trặc/hỏng hóc rơ le, ) Các tín hiệu sự cố được thông báotới các bộ phận thích hợp.Các cảnh báo phải được phân cấp ưu tiên thành các tínhiệu cảnh báo ưu tiên "cao" hoặc ưu tiên "thấp" Các tín hiệu ưu tiên cao sẽ đượccông bố với cách thức thu hút nhiều sự chú ý hơn các tín hiệu ưu tiên thấp Cáctín hiệu ưu tiên thấp không được nhận biết hoặc trả lời ngay sẽ được nâng lênthành tín hiệu ưu tiên cao sau một khoảng thời gian nhất định

Các bộ lọc tiền xử lý cảnh báo và việc phân nhóm cảnh báo theo chứcnăng sẽ tạo khả năng chuyển đổi dễ dàng thích ứng với những thay đổi về tổchức

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

Một số các tín hiệu cảnh báo phải được xác định trước như là "tín hiệu cảnh báobất ngờ".Tín hiệu cảnh báo bất ngờ là các tín hiệu quan trọng đòi hỏi sự bám sáthiện trường và điều phối của nhân viên trạm để điều tra và/hoặc tiến hành sửachữa trên thiết bị liên quan tới cảnh báo bất ngờ Hệ thống tích hợp phải có chứcnăng quản lý tín hiệu cảnh báo bất ngờ để lưu trữ thông tin liên quan tới từngcảnh báo bất ngờ, bao gồm :

1 Thời gian và ngày tháng năm của cảnh báo

2 Mô tả cảnh báo

3 Khu vực vào dữ liệu bằng tay các bản thông báo cảnh báo bất ngờ,

gồm có tên của người điều hành, mô tả cảnh báo được phát hiện,hoạt động sửa chữa đã được tiến hành, thời gian và ngày tháng nămthiết bị được phục hồi đưa vào sử dụng,

Chức năng yêu cầu thông tin về cảnh báo bất ngờ phải được cung cấp, nó chophép cho người sử dụng yêu cầu các thông tin quá khứ về các cảnh báo bất ngờtương tự xảy ra trước đây

5 Giao diện người sử dụng:

Do có những người sử dụng không quen thuộc lắm với trạm biến áp hoặc hệthống máy tính nên giao diện người sử dụng (UI) của hệ thống tích hợp trạm phảithật đơn giản Màn hiển thị chỉ các dữ liệu đo được sẽ thay thế cho các bảng gắnđồng hồ Bên cạnh những điểm tín hiệu tương tự, các tín hiệu về các điểm trạngthái và điều khiển cũng được hiển thị trên giao diện người sử dụng Các điểmđiều khiển có khả năng điều khiển 2 bước (bao gồm bước "Bạn có chắc không")

Hệ thống tích hợp có các công cụ UI cần thiết để tạo lập và bảo trì một cách cóhiệu quả các màn hiển thị Giao diện UI phải được liên kết trực tiếp với cơ sở dữliệu trực tuyến và cơ sở dữ liệu quá khứ

Phần này sẽ xác định loại dữ liệu nào phải được hiển thị liên tục tại trạm vàloại nào tuỳ theo yêu cầu, xác định các khả năng điều khiển sẵn có thông qua cácmàn hiển thị của hệ thống tích hợp và các thiết bị giao diện với người sử dụngkhác Các màn hiển thị cụ thể phải được cung cấp (Sơ đồ một sợi toàn trạm,Bảng điều khiển, bảng báo tín hiệu sự cố, bảng tình trạng hoạt động của thiết bị,IEDs, hệ thống thông tin, LAN ) và thiết bị giao diện với người sử dụng (bànphím, bảng các nút bám, màn hình, chuột, ) phải được đề cập tới

Các thiết bị hiển thị của hệ thống tích hợp trong trạm tương tự như hệ thốnghiển thị tại trung tâm điều khiển EMS Các thiết bị này tạo điều kiện cho nhânviên vận hành giao tiếp với các nhân viên trạm khi có vấn đề về dữ liệu đượchiển thị, một cách hiệu quả hơn Tuy nhiên thiết kế giao diện với người sử dụngphải trên cơ sở trực giác (look-and-feel, point-and-click) vì vậy những người ít sửdụng hệ thống tích hợp (VD, những người sửa chữa đường dây thỉnh thoảngđược gọi đến trong lúc sự cố để thực hiện đóng cắt trong trạm-trong tương laikhông có người trực) có thể sử dụng hệ thống một cách hiệu quả mà không bịnhầm lẫn

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Hệ thống phõn cấp hiển thị cú tầm quan trọng tương đương hoặc quantrọng hơn bản thõn một hệ thống hiển thị Những người sử dụng hệ thống tớchhợp phải cú khả năng thực hiện tất cả cỏc thao tỏc chớnh từ một vài màn hiển thị,

vỡ vậy người sử dụng khụng phải vất vả với việc chuyển giữa cỏc hệ thống hiểnthị (thao tỏc hoặc điều khiển) để đạt được mục đớch Giao diện với người sử dụngcủa hệ thống tớch hợp cung cấp những phương tiện phự hợp để chuyển trực tiếptới một hệ thống hiển thị cú trạng thỏi cảnh bỏo hiện tại

Sự phõn cấp hệ thống hiển thị phải được thiết kế để làm giảm tối đa việc

gừ phớm để truy nhập tới cỏc màn hiển thị và thụng tin cần thiết Thiết kế trỏ vànhấn (giống như với chuột) được sử dụng trong mụi trường Windows Việc lựachọn cỏc chức năng hay sử dụng bằng menu hay cỏc kỹ thuật tương tự khỏc sẽđược sử dụng để đỏp ứng yờu cầu

Cỏc yờu cầu về hệ thống hiển thị chỉ căn cứ trờn "quan sỏt và cảm nhận"chung về hệ thống hiển thị mà khụng xem xột tới thiết kế được lựa chọn Để đạtđựoc điều này, một tiờu chuẩn được sử dụng phổ biến cho giao diện người sửdụng kiểu đồ hoạ, chẳng hạn như Motif, phải được ỏp dụng

Cỏc nhõn viờn trực trạm sẽ tham gia vào việc xỏc định thụng tin nào sẽ được đưalờn trờn những màn hỡnh khỏc nhau (VD, bảng bỏo hiệu cảnh bỏo, biểu đồ, đồ thị

xu hướng từ dữ liệu quỏ khứ, cỏc bản thụng bỏo sự chuẩn đoỏn, trỡnh tự cỏc sựkiện, )

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Màn Hình ChínhSơ đồ trạm Trạng tháI thiết bị Tín hiệu cảnh báo

phân tích nhiễu loạn Cảnh báo

Máy Cắt

Số lần cắt, dòng cắt, hao mòn tiếp điểm

MBA

Nhiệt độ cuộn dây,

môI tr ờng, dầu

Các Phần Khác

Nguồn 1 chiều Website

Ghi trình tự sự kiện

Thông Số Vận Hành Dòng, áp, công suất…

RƠLE Trạng thái vào/ra, tín hiệu

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

4.1 Màn hình hiển thị sơ đồ một sợi trạm:

Tất cả các hệ thống hiển thị phải được thiết kế sao cho làm giảm tối đa cácthao tác gõ vào cho người sử dụng Những hê thống hiển thị này bao gồm mộtmàn hiển thị đồ hoạ tất cả các thiết bị trạm và sự kết nối giữa chúng, trên đó làcác giá trị động và các thông tin về tình trạng thiết bị được thu nhận bởi hệ thốngtích hợp Mỗi thiết bị điện trong trạm thể hiện trên màn hiển thị, có một vùng chomenu các thao tác điều khiển thiết bị

4.2 Màn hình hiển thị giá trị đo:

Chức năng của bảng các thiết bị đo tương tự (volmét, ampemét, wattmét,VAmét, ) phải được gộp trong hệ thống tích hợp Hệ thống hiển thị được cungcấp để theo dõi các trị số đo được dưới các dạng khác nhau, chẳng hạn hiển thịgiá trị đơn dưới dạng số, bảng xu hướng, biểu đồ xu hướng và các sơ đồ một sợi

Hệ thống hiển thị các giá trị đo của hệ thống tích hợp sẽ tạo điều kiện chonhân viên trạm quan sát các giá trị độ lớn của cả 3 pha như sau :

1 Các điện áp thanh cái

2 Đòng điện các lộ ra và dòng trung tính, công suất tác dụng kW,

công suất phản kháng kVAr, điện năng hữu công kWh và vô côngkVARh

3 Phụ tải phía điện áp cao và điện áp thấp của máy biến áp (kW,

kVAr)

Do tính chất quan trọng của việc hiển thị các giá trị đo được trong trạm tạimọi thời điểm, đòi hỏi phải có hệ thống đo dự phòng cho tất cả các tham số được

đo Sự hiển thị toàn bộ trên các thiết bị rơ le bảo vệ IED hay các thiết bị đo IED

có thể được sử dụng như là các thiết bị đo dự phòng

Mức đo cấp một (do việc đo được cung cấp trong trung tâm điều khiển) sẽthu được từ giao diện với người sử dụng của hệ thống tích hợp Các giá trị đođược hiển thị trên màn hình được thu thập từ các thiết bị IED Các thiết bị đoIED đóng vai trò như là các thiết bị đo dự phòng tại chỗ ở những nơi các thiết bị

đo dự phòng đã có sẵn, chúng sẽ được sử dụng khi cần thiết trong trường hợp hệthống đo cấp một bị hư hỏng và sẽ được sử dụng để so sánh với các nguồn dữliệu của hệ thống đo cấp một để chuẩn đoán hư hỏng Hệ thống đo cấp một phảiđược thiết kế sao cho không có bất cứ hỏng hóc một IED đơn lẻ nào có thể dẫnđến không thể hiển thị được thông số đo.

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Giao diện với người sử dụng của hệ thống tích hợp phải có các công cụthích hợp cho người sử dụng lấy được các thông tin chi tiết về cảnh báo Ví dụ,

có thể lấy được một danh sách các cảnh báo gần đây, sự phân chia trạng thái hiệntại của các tham số bao gồm điểm bị cảnh báo (đối với các cảnh báo thể hiện 1 tổhợp các điểm liên quan), hoặc sự giải thích, mô tả chi tiết của cảnh báo và thaotác được khuyến cáo

4.4 Bảng báo hiệu cảnh báo:

Yêu cầu phải có bảng báo hiệu cảnh báo tại trạm Tốt hơn nếu bảng báohiệu cảnh báo thiết lập trên cơ sở bộ xử lý, với các LED đóng vai trò như các báohiệu Không cần thiết phải có thiết bị dự phòng nhưng không cho phép bất kỳmột hỏng hóc đơn lẻ nào làm mất tác dụng của hệ thống báo hiệu và giao diệnSCADA Các chức năng báo hiệu và các chức năng điều khiển tự động (VD nhưđóng lặp lại và điều khiển tự động đặt lại cấu hình trong trạm) có thể được thựchiện trong cùng một bộ xử lý chừng nào chức năng SCADA của hệ thống tíchhợp không bị làm mất tác dụng bởi hư hỏng của bộ xử lý

4.5 Nhật ký trạm:

Hệ thống tích hợp phải có khả năng ghi lại bất kỳ mẩu tin nào sẵn có trong

hệ thống tích hợp (mức tải, nhiệt độ, các điều kiện môi trường xung quanh, cáctác động của rơ le, ) với một chu kỳ xác định Bản nhật ký sẽ được in ra hoặcđược truyền tới trung tâm điều khiển theo lệnh

Bên cạnh các bản ghi có tính chu kỳ nêu trên, một bản nhật ký viết tay phải luôn

có sẵn để ghi lại tất cả các thao tác thực hiện trong trạm, bao gồm công việc kiểmtra hàng ngày, xử lý sự cố, xây dựng, thời gian ghi nhật ký lúc nhận và giao ca,

và các thao tác tương tự khác Bản nhật ký chép tay sẽ phải ghi lại thời gian vàngày tháng của từng sự việc, tên của từng người có trách nhiệm đối với sự việc

đó và phần trống để ghi lý do ghi và các thông tin quan trọng khác

Mỗi trạm phải có một cuốn sổ nhật ký Các hoạt động bảo dưỡng cho từngmáy cắt được ghi lại vào sổ Trình tự đóng cắt cũng được ghi lại Với việc thựchiện tích hợp trong trạm, thứ tự thao tác đóng cắt được tự động hoá Trong thực

tế, thứ tự thao tác đóng cắt được viết bởi các điều độ viên ở trung tâm điều khiển

và có thể tải về (download) trạm Với việc tích hợp trạm, các hoạt động bảodưỡng cho từng máy cắt sẽ vẫn tiếp tục được ghi nhật ký bằng tay

5 Thủ tục truyền tin và các giao diện truyền tin

5.1 Thiết bị IED và các thủ tục truyền tin

Giao diện của các thết bị IED phải cho phép hệ thống tích hợp thu nhận

dữ liệu theo chu kỳ giá trị dòng điện 3 pha và điện áp, các dữ liệu đo, thông tintrạng thái máy cắt, và các thông tin được lưu giữ bên trong các thiết bị bảo vệIED của các lộ ra Hệ thống tích hợp phải có khả năng xác định các trạng tháihoạt động của từng thiết bị IED

Hệ thống tích hợp phải trợ giúp tất cả các giao thức truyền tin được sử dụng bởicác thiết bị IED trong hệ thống Thêm nữa, hệ thống tích hợp phải bao gồm cả sựtrợ giúp cho các giao thức truyền tin tiêu chuẩn

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích hợp cho trạm

biến áp110KV

5.2 Giao diện EMS

Hệ thống tích hợp phải bao hàm một giao diện với EMS của EVN, giaodiện này tạo điều kiện cho các nhân viên điều hành hệ thống giám sát và điềukhiển từng trạm thông qua giao diện người sử dụng EMS hiện có Giao diệnEMS có thể thông qua LAN hoặc trực tiếp thông qua bộ xử lý trung tâm củatrạm

Hệ thống tích hợp phải có khả năng truyền theo chu kỳ tới EMS giá trị củamột vài hoặc tất cả các biến lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống tích hợp tạimột khoảng cách thời gian xác định Khoảng thời gian này có thể điều chỉnhtrong khoảng 2s và một phút trong khoảng tăng 1s

Tất cả các thiết bị phải có khả năng điều khiển thông qua giao diện với người sửdụng tại chỗ của hệ thống tích hợp trạm, có khả năng điều khiển thông qua giaodiện người sử dụng EMS Các lệnh điều khiển giám sát xuất phát từ giao diệnngười sử dụng EMS được truyền tới hệ thống của EVN khi xuất hiện Thủ tụcđiều khiển giám sát tuân theo thủ tục lựa chọn trước xử lý, tương tự với thủ tụcđược sử dụng để điều khiển tại chỗ Điều đó có nghĩa là người điều hành hệthống được yêu cầu khẳng định việc lựa chọn thiết bị đúng trước khi ra lệnh điềukhiển

Hệ thống tích hợp phải bao gồm chức năng điều khiển giao diện EMS,chức năng này sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng xác định các biến nào của trạm

sẽ được truyền tớì EMS và các khoảng thời gian giữa các lần truyền

5.3 Khả năng truy nhập từ xa qua modem:

Hệ thống tích hợp phải bao hàm các thiết bị liên lạc cho phép các nhân viên củaEVN truy nhập vào hệ thống thông qua đường điện thoại Các thiết bị truy nhập

từ xa này sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng thu nhận dữ liệu và các cảnh báo từ

cơ sở dữ liệu của hệ thống tích hợp, thực hiện các chương trình chuẩn đoán vàthu nhận các kết quả của các chương trình này Không cho phép thực hiện cácchức năng điều khiển thông qua đường điện thoại hoặc các phương tiện khôngphải là chuyên dụng cho điều hành

SVTH : Nguyễn Nhật Ánh- 01Đ2A