giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ

Nêu ra những kết quả đã làm được của đề tài, những mặt hạn chế và đưa ra các đề xuấtgiải pháp.CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIÈU KHIỂN BẢO VỆ VÀ GIÁM SÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Nội dung chí

piói thiêu hẻ thnnp điều khiến hảo vê và giám sát trnnp HTĐ

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiêu

•

Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ cấp hạ

áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết bị rất lớn Sự pháttriển một hệ thống thông tin trong hệ thống điện là rất càn thiết Những việc mà trước đâymuốn thực hiện thì phải rất phức tạp và mất nhiều công sức, càn đến sự làm việc của nhiềungười thì với sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung và truyền thông trong hệthống điện nói riêng đã làm cho vấn đề được trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Các thiét bị ởcấp dưới (chấp hành) được kết nối với cấp trên như máy tính điều khiển, thiết bị quan sát,máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.Chuẩn truyền thông là qui ước chung cho việc ghép nối các thiết bị với nhau giúp cho việcgiao tiếp được trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Ngoài các chuẩn vật lý thường dùng nhưRS-232, RS-485 thì còn các chuẩn giao thức như IEC 60870, 61850 chiếm vai trò quantrọng trong điều khiển giám sát trong hệ thống điện

1.2 Muc đích của đề tài

•

Đe tài này nghiên cứu các chuẩn truyền thông công nghiệp trong điều khiển giám sát hệthống điện, mục đích là làm rõ khả năng ứng dụng của các chuẩn truyền thông quốc tế, sựphù hợp và các ưu nhược điểm của chúng trong các hệ điều khiển và giám sát hệ thốngđiện Làm rõ thực trạng của các giải pháp truyền thông trong hệ thống điện Việt Nam

1.3 Nội dung của đề tài

Nội dung của đề tài là nghiên cứu nhu càu truyền thông trong hệ thống điện, giới thiệu hệthống (SCADA) và các hệ thống cấp cao hơn, nghiên cứu các chuẩn

giao thức IEC 60870, 61850, OPC Phân tích khả năng áp dụng các chuẩn truyền thôngtrong điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

1.4 Phương pháp nghiền cứu và các kết quả đạt được

Sử dụng các tài liệu về mạng truyền thông công nghiệp, các tài liệu của trung tâm điều độ

hệ thống điện quốc gia (chế độ vận hành, các chuẩn truyền thông đang áp dụng ) cùng với

đó là tài liệu của các hãng nước ngoài như ABB, Siemens nhằm đạt được các kết quả sau:

- Nhận thấy được vai trò của truyền thông trong hệ thống điện

- Tổng quan về các hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện

- Làm rõ việc áp dụng các chuẩn truyền thông trong điều khiển giám sát hệ thống điện

1.5 Bổ cuc của bài viết

Bố cục của bài viết được trình bày gồm có 5 chương

Chưong 1: Mở đầu

Nội dung của chương là chỉ rõ mục đích của đề tài, nội dung của đề tài, phương phápnghiên cứu đề tài và các kết quả đạt được

Chưong 2 ử. Giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ

Mục đích của chương nhằm giới thiệu các chức năng và tính năng chính của các

hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện

Chương 3: Tổng quan về mạng truyền thông trong hệ thống điện

Nội dung của chương là nêu rõ việc liên kết thông tin trong ĐKGS hệ thống điện

từ trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia tới các điều độ khu vực và các công

trình, đường dây

Chưong 4: Chuẩn truyền thông áp dụng trong hệ thống điện

Chương này giới thiệu các chuẩn vật lý thông dụng, chuẩn giao thức IEC 60870, 61850,OPC và việc áp dụng các chuẩn này trong hệ thống điện

Chưong 5: Tổng kết

Nêu ra những kết quả đã làm được của đề tài, những mặt hạn chế và đưa ra các đề xuấtgiải pháp.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIÈU KHIỂN BẢO

VỆ VÀ GIÁM SÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Nội dung chính của chương là làm rõ chức năng và tính năng của hệ thống điều khiển,giám sát và thu thập dữ liệu trong hệ thống điện, việc giao tiếp giữa các thiết bị thu thậpthông tin với trung tâm điều khiển Giới thiệu các hệ thống cấp cao hơn như EMS, DMS,BMS

2.1 Hệ thống điều khiển bảo vệ trong HTĐ

2.1.1 Quá trình xây dựng và phát triển

Trước những năn 90, hệ thống điện Việt Nam thừa hưởng cơ sở hạ tàng lạc hậu, nhỏ lẻ.Thiết bị điều khiển bảo vệ chủ yếu là thế hệ điện cơ, chưa có mặt hệ thống thông tin số.Các khái niệm trong lĩnh vực điều khiển, giám sát như

SCADA, hệ thống đo xa và hiểu biết về thế hệ thiết bị số còn khá mới mẻ xa

lạ với người thiết kế và quản lý HTĐ

Đầu những năm 90, nền kinh tế đất nước bắt đàu phát triển, đòi hỏi những bước phát triểnmới trong truyền tải và phân phối điện năng Hệ thống đường dây siêu cao áp 500kVthống nhất HTĐ toàn quốc, với thế hệ thiết bị số như: Rơ le, bộ ghi sự cố và thông tin số

Hệ thống quản lý HTĐ phát triển, ra đời cấp điều độ trung ương AO quản lý giám sát vậnhành hệ thống 500kV và nhà máy điện lớn trong toàn quốc

Một số thiết bị tiêu biểu cho thế hệ rơ le số có thể liệt kê như: Rơ le bảo vệ so lệch dọcđường dây LFCB-102 (GEC- Alsthom sử dụng kệnh truyền thông tin cáp quang riêng lắpđặt theo hệ thống dây chống sét dọc tuyến, rơ le tự động đóng lại LFAA-102, rơ le bảo vệđường dây 7SA513 V2.1- Siemens, bộ tự động ghi sự cố Bên cạnh đó, vẫn sử dụngthế hệ thiết bị bán dẫn như rơ le bảo vệ

quá dòng như MCGG82,62,22 Hệ thống điều khiển đã được thiết kế theo mô hìnhSCADA.

Nen kinh tế và khoa học kỹ thuật Việt Nam đang từng bước hòa nhập vào phát triển manh

mẽ của thế giới Điện lực Việt Nam đòi hỏi sự phát triển toàn diện các hệ thống nguồntruyền tải và phân phối Tỷ lệ số hóa trong thiết bị điều khiển tăng dàn là một lựa chọn tấtyếu trong thiết kế xây dựng công trình mới và cải tạo nâng cấp hệ thống Trong HTĐ ViệtNam đã có nhiều nhà sản xuất nổi

tiếng: ABB, SIEMENS, SEL- SCHWEITER, GEC- Alsthom, AEG Nóichung thiết bị bảo vệ và điều khiển tất cả các nhà sản xuất đều hướng quan điểm thiết kếcủa riêng họ, nhưng đều hướng tới các đặc tính: Đa chức năng, bộ nhớ ghi lại nhiều loại

dữ liệu lớn hơn, giao diện, nói ghép thân thiện hơn và đặc biệt ngày càng đáp ứng yêu càuthông tin mạnh hơn Ngoài ra còn thêm đặc điểm mang tính kinh tế cạnh tranh: Trên mộtthiết bị có thể có những lựa chọn cấu hình từ tối thiểu tới nâng cao tùy thuộc vào khả năngđầu tư và phạm vi ứng dụng của người mua

Đã có nhiều công trình trạm, đường dây phân phối mới hoàn toàn láp đặt rơ le số, với một

hệ thống thông tin mở Ngoài ra còn đưa các thiết bị điều khiển tự động quá trình (PLCtrong môi trường điều khiển công nghiệp) vào HTĐ trong thông tin, điều khiển trạm, tổmáy phát

Công nghệ thông tin công nghiệp, văn phòng, cùng kiến trúc mạng LAN, WAN đã có mặttrong mạng thông tin điện lực Việt Nam

Kèm theo đó, khái niệm “ Máy tính hóa” điều khiển và bảo vệ đang là xu hướng của tươnglai, nâng cao và hoàn thiện vai trò của máy tính trong môi trường này Có thể kể tên nhưngtrạm biến áp mới có điều khiển hoàn toàn trên màn hình máy tính được thực thi trên hệthống thông tin trạm như: Trạm 220kV Nhà Bè, Sóc Sơn, Bắc Giang (ABB), 220kV NamĐịnh, Tràng Bạch, Việt Trì, Phố nối (Siemens), các nhà máy điện dùng hệ thống điềukhiển quá trình tự động: Sông Hinh, Hàm Thuận - Đa My, Phả Lại 2, Phú Mỹ Nhữngcông trinh trên được

coi là đã sử dụng thế hệ thiết bị và thông tin mới và tiên tiến nhất trên thế giới vào thờiđiểm xây dựng.

Ở mức độ nhỏ hom, các trạm biến áp 1 lOkV và các lộ Phụ tải trung áp mới đều được thiết

kế lắp đặt sử dụng hoàn toàn rơ le bảo vệ số

So với thời kỳ đàu, đã có số lượng rất lớn, chủng loại khá đa dạng và rất nhiều thế hệ thiết

bị số đã có mặt trong HTĐ Việt Nam Việc làm chủ sơ đồ thiết kế, thí nghiệm, vận hànhcác thiết bị số của nhiều hãng đã trở thành quen thuộc với cán bộ kỹ thuật

Trong điều khiển hệ thống, SCADA đang được cải tạo và lắp mới ngày càng hoàn thiệnhơn Hệ thống SCADA cấp điều độ trung ương AO đã được lắp đặt 1999-2000 có khảnăng điều khiển, tạo một cơ sơ dữ liệu trên hệ thống thông tin mang tính mở và mạnh để

áp dụng những ứng dụng ở mức cao trong HTĐ như EMS, DSM Hệ thống SCADA cấpđiều độ miền Bắc, Trung, Nam tạo nguồn thông tin từ cấp thấp hơn: Trạm biến áp llOkV,

tổ máy phát nhỏ Nối ghép cung cấp dữ liệu đến hệ thống SCADA trung ương, và cácứng dụng văn phòng khác trên toàn quốc gia hoặc toàn càu

RET316V4.5RET 520 V2

SEL 387 P643, P141,

KBCH130

F50/51 &N 7SJ511 V3.3x

V4.1x7SJ531

SPAJ140,141C

SEL351A

SEL551 MicomP127,P123,

P441KCGG140

Bảng 2.1: Các nhà sản xuất và thế hệ rơ ỉe bảo vệ

2.1.2 Đánh giá vỉêc khai thác hê thống điều khiển và bảo vê trong HTĐ Vỉêt

Nam.

Quá trình thâm nhập, ứng dụng thế hệ thiết bị mới (Rơ le bảo vệ, hệ thống điều khiển,thông tin điện lực) được thực hiện theo từng bước, mang đặc điểm của một nước đangphát triển và cũng theo sát với phát triển của những thế hệ mới nhất

Việt Nam có những mặt thuận lợi khi theo chiến lược đón đàu các kỹ thuật mới, đưa vàoứng dụng những thiết bị, hệ thống tiên tiến nhất ngay trong giai đoạn phát triển ban đàukhông trải qua thời gian và chi phí thử nghiệm, có đội ngũ kỹ thuật có năng lực nhạy bén,tránh được sai lầm từ những bài học và kinh nghiệm của các nước đi trước

Nhưng cũng có nhiều mặt hạn chế trong quá trình phát triển:

- Khả năng đàu tư hạn hẹp, phụ thuộc vào các nguồn vốn vay kèm theo nhà

cấp hàng có chỉ định

- Bị động mang nhiều tính chất giải quyết tình thế HTĐ có khối lượng

tài sản lớn, xây dựng mang tính chất của một quá trinh phát triển, kế thừa, trong hệ thốngtồn tại rất nhiều thế hệ, nhiều công nghệ sản xuất thiết bị là điều không thể tránh khỏi Đặcbiệt tính tiên tiến hiện đại của thiết bị thông tin ngày nay có vòng đời rất ngắn, do vậynhiều thiết bị, hệ thống khi chọn trên dự án là hiện đại và tiên tiến nhất, khi thực hiện xong

dự án thì lại trở thành lạc hậu

- Năng lực kỹ thuật thẩm định thiết kế khai thác ứng dụng trên hệ thống hiện

có còn hạn chế

Chẳng hạn, khi chọn thiết bị rơ le bảo vệ, thiết bị thông tin( bộ xử lý trung tâm,

thiết bị chuyển kênh, hay mắc phải những thiếu sót sau:

+ Chọn những thiết bị không cùng một cấp (Cấp lộ phụ tải phân phối, cấp trung tâm thôngtin mức trạm)

- Nhiều nhà cung cấp khác nhau

- Hình thức, giao thức thông tin, năng lực và tốc độ thông tin khác nhau

- Tùy chọn rơ le có kết nối EIA-232, Cáp quang khác nhau (Mà chuẩn nối này chỉphục vụ tốt nhất riêng cho mỗi liên kết Star hoặc Bus ( Daisy- Train/ Trunk-Drop)).

- Chọn những thiết bị có khả năng thông tin quá mạnh so với khả năng của mạng thông tin tổng thể, dẫn đến sử dụng lãng phí thiết bị

+ Ở mức độ trạm đã chọn những sơ đò cấu trúc thông tin mà thiếu đánh giá về độ tin cậycủa hệ thống, ví dụ tại trạm 220kV Nam Định chỉ dựa vào hình máy tính, không có hệthống thông tin, mạng dự phòng Do vậy, đã có một lần xảy ra sự cố máy tính hoặc hưhỏng mạng cáp quang do chuột cắm làm tê liệt điều khiển toàn trạm trong nhiều ngàythậm chí nhiều tuần

+ Do đòi hỏi phải hiện đại hóa theo một chức năng nào đó, chẳng hạn giám sát trạng tháimáy cắt, hệ thống đo xa Nên những năm 95,96 chúng ta đã đàu tư những hệ thốngthông tin riêng lẻ, chỉ phục vụ đơn mục đích đặt ra Sau một thời gian ngắn vài năm, khixuất hiện nhưng hệ thống thông tin mở có thể phát triển khai thác đa ứng dụng theo hướngcủa người sử dụng, thì các hệ thống đã lắp đặt trên chỉ là một chức năng nhỏ trong hệthống mới, tồn tại của hệ thống này chỉ làm phức tạp hệ thống và cồng kềnh trong côngtác quản lý Kết quả là đã gây ra một lãng phí lớn trong đàu tư

Trong hoàn cảnh kinh tế Việt Nam của thời kỳ đàu phát triển, chúng ta phải Tiết kiệm và

sử dụng hệu quả cao nhất nguồn vốn đàu tư Như vậy, để xây dựng hệ thống điều khiển vàbảo vệ dựa trên hệ thống thông tin điện lực hay thực thi xu hướng máy tính hóa trong điềukhiển trạm điện, cần phải lưu ý một số vấn đề sau:

- Phải co so sánh, đánh giá đúng những chỉ tiêu kỹ thuât: Độ tin cậy,

tính duy trì, ổn định hệ thống, chất lượng điện năng, thiệt hại khi có sự cố, tính kinh tế khi lựa chọn xây dựng một hệ thống điều khiển với quy mô nào đó trên cơ sở thông tin,hoặc mô hình điều khiển khác được tư vấn nhằm chọn ra mô hình điều khiển phù hợp.Cũng cần phải lưu ý rằng có những công trình có

quy mô và vị trí địa lý nào đó không nhất thiết phải xây dựng dựa trên hệ thống thông tinmạnh Không thể trang bị hệ thống thông tin như một thứ “ Thời Trang”.

- Phải có kiến thức nắm bắt và dự đoán đúng những phát triển trong tương lai Ví dụ

có dự đoán đúng đắn, xu thế phát triển khoa học công nghệ trong vòng 5,10 thậm chí 20 năm tiếp theo, theo đó là những cấu trúc, mô hình điều khiển Tránh tình trạng thiết kế mang tính tình thế và công trình có tuổi đời sử dụng ngắn

2.1.3 Giói thiệu một số hệ thống điều khiển SCADA, EMS hiện hữu

1 Hệ thống điều khiển trạm: LSA-SIEMENS

Trạm 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Vật Cách, Việt Trì : Lắp đặt những năm 98-99.Hiện hệ thống điều khiển này vẫn là những sản phẩm tiên tiến nhất của hãng Siemens

2 Hệ thống SCADA, EMS AO: Ranger (Bailey-ABB)

Hệ thống được lắp đặt vào cuối năm 99, là hệ thống hiện đại nhất của nhà sản xuất USA thuộc tập đoàn hàng đầu ABB Hiện hệ thống này đang được khai thác, lấy nguồn dữliệu từ các hệ thống SCADA trung tâm thuộc điều độ 3 miền Bắc, Trung, Nam Trên hệthống này, SCADA đã được khai thác hiệu quả, EMS chưa được khai thác hết tính năng vìphụ thuộc vào kết cấu hệ thống thiết bị: Máy phát, máy cắt, thông số lưới điện chưa đápứng hoàn toàn theo chức năng này

Bailey-3 Thiết kế các hệ thống điều khiển

Quá trinh cải tiến không ngừng của công nghệ sản xuất và cấu trúc sản phẩm, đặc biệt liêntục ra đời các thế hệ rơ le số, thiết bị điều khiển tự động phàn mềm ứng dụng, và côngnghệ thông tin phát triển với tốc độ nhanh, luôn đặt cho người thết kế và sử dụng càn cókiến thức và dự đoán chính xác mức độ phát triển trong tương lai

Các yêu càu được coi là nguyên tắc bất biến của thiết bị và hệ thống điều khiển trongHTĐ:

- Cải thiện chức năng điều khiển tự động: Được hiểu như tăng khả năng

an toàn trong thao tác vận hành, giảm thiểu các thời gian khắc phục sự cố và phục hồi nhưxây dựng một trình tự thao tác họp lý, hướng dẫn chuyên gia và giám sát cho nhân viênvận hành phản ứng đúng và an toàn trong các chế độ này

- Cải thiện tính năng trong quản lý, giám sát: Mở rộng phạm vi quản lý, giám sát

+ Đưa sự giám sát theo dõi từ nhiều cấp xuống các thiết bị, đến từng máy biến áp, lộ phụtải trung áp

+ Khả năng giám sát tại chỗ hoặc từ xa.(Từ xa được hiểu như từ các cấp điều độ cao hơn)

Tự động trong theo dõi, giám sát lập kế hoạch sửa chữa bảo dưỡng định kỳ

+ Nhiều đối tượng có thể khai thác nguồn dũ liệu để phục vụ cho nhiều mục đích khácnhau thông qua việc mở rộng thông tin, ứng dụng các thông tin văn phòng Ví dụ: Đốitượng ở chế độ Online trên mạng Internet, và các trang Web

+ Một mục tiêu rất quan trọng nữa là tính kinh tế thể hiện trong việc giảm giá thành tổngthể cho một HT được hiểu bao gồm cả giá thành thi công lắp đặt, chuyển giao hướng dẫn

sử dụng và bảo dưỡng thay thế định kỳ Ví dụ: Khả năng

linh động lắp đặt có thể hiểu như việc lắp đặt các modul hay các trạm di động, nối ghép vàthí nghiệm đưa vào làm việc hệ thống điều khiển và bảo vệ (qua các chỉ tiêu thời gian lắpđặt tính bằng ngày, bằng giờ), sẵn có các thiết bị thay thế

dự phòng tương thích Đặc biệt việc tiến hành thí nghiệm và cài đặt thông

số bảo vệ trước khi đưa vào làm việc có thể thực hiện từ xa qua hệ thống thông tin phổthông

Mô hình hệ thống thiết bị trạm đảm bảo những yêu cầu sau:

- Mô hình thiết kế điều khiển trạm phải cơ động gọn nhẹ trong cấu trúc, thể hiện

ừong:

+ Kích thước của HTĐK trạm nhỏ gọn về không gian, dễ sửa chữa, giảm thiểu việc đấu

dây, cấu hình gọn nhẹ, mạch lạc, thuận tiện cho việc giám sát bảo dưỡng định kỳ

+ Quá trình từ thiết kế, lựa chọn thiết bị, lắp đặt nhanh chóng

biến đỗi nẩc MBA nhiệt độ, áp suốt— , , „ V V,

Môi trường ngoài trạm

Hình 2.1: Mô hình hệ thống điều khiển frạm nhỏ bằng mảy tỉnh + Thuận lợi cho việc

mở rộng trong tương lai, tăng thích nghi ghép nối với hệ thống cũ và mới

- Mảy tính hóa trong điều khiển trạm nhỏ Tại các trạm nhỏ, cho phép tính trì hoãn điều khiển từ xa và thời gian phục hồi sự cố do mất điều khiển không đòi hỏi cao như các trạm phân phối lớn (220kV), chỉ thiết lập khả năng điều khiển sẽ tập trung trên một màn điều khiển hiển thị

của máy tính trung tâm Do vậy không yêu càu lắp đặt các panel điều khiển song songdùng khóa chế độ nóng, cắt truyền thống trong phòng điều khiển(Indoor Panel).

Có thể sử dụng các bộ nhớ của máy tính thương mại (PC), hoặc công nghiệp

(IPC) lập thành cơ sở dũ liệu ở mức tom với giá thành rẻ, dễ thay thế

Mỗi thiết bị thành phàn đều có khả năng giao tiếp máy tính ( xách tay) qua phàn mềmriêng

- Đặc biệt, mục tiêu chung của hướng thiết kế ỉà: Mở rộng và tăng khả năng thông tin

xuống cấp độ trạm, lộ phụ tải Tăng tính liên kết của điều khiển trạm trong hệ thống điện lớn

Tính khả thi của thiết kế trên là hoàn toàn thực tế và sẽ phổ biến trong một tương lai gần.Chính vì nó dựa trên các cơ sở hiện thực: Môi trường và hạ tầng của công nghệ thông tinnói chung và thông tin điện lực nói riêng, mà thiết bị điều khiển tự động công nghiệp,công nghệ máy tính hiện đại phát triển nhanh chóng

+ PC(IPC): Sử dụng các PC để bàn thông dụng(có thể sử dụng PC công nghiệp nếu có

yêu càu cao hơn)

+ PLC: Sử dụng PLC của các hãng quen dùng: SIMACTIC-S7 (Siemens),

GE-Fanuc (General Electric-USA) , cũng các modul thông tin nếu có yêu càu

một hệ điều khiển từ xa qua thông tin tốc độ cao

+ Bộ xử lý tín hiệu Analog chung và Rơ le số đa chức năng (nhiều Modul chức năng), rơle

số (với chức năng bảo vệ lộ đường dây trung áp) của tủ hợp bộ đường dây phụ tải

+ Mạng LAN hỗ trợ TCP/IP cho mạng nội bộ tốc độ cao (lOMBs), cáp nối EIA- 232, 485,cáp quang: các mạng thông tin công nghiệp phổ thông, các giao thức chuẩn phổ biến như

đã giới thiệu ở trên

+ Hệ thống nguồn tự dùng AC(UPS), DC

«5

ussa

Hình 2.2: Mô hình tủ điều khiển và đấu nối trong phòng điều khiển frạm nhỏ + Hệ thống các thiết

bị thứ cấp có điều khiển: Biển đổi (CT,VT ), chấp hành (Rơ le đầu ra, máy cắt, dao cách

ly, quạt mát MBA, OLTC, thiết bị biến đổi

nhiệt độ, độ ẩm, áp suất , tủ hợp bộ trung áp phân phối cùng với khóa

điều khiển bằng tay tại chỗ), hệ thống đo lường từ xa với độ chính xác cao, bảo toàn và bảo mật trong kênh thông tin riêng

- Mô tả vai trỏ của mỗi thiết bị trong sơ đồ trên:

DAUs: DataẢcquistion Units

Tạo một nguồn cung cấp thông số tương tự liên tục cho nhiều chức năng đến nhiều modul

rơ le bảo vệ, cung cấp cho thông tin đo lường trên màn hình hoặc từ xa Làm việc với cácđàu vào là Digital Input và Analog Input Thiết bị này bao luôn cả chức năng cua hệTransmitter số

Được hỗ trợ phàn cứng: Có các CPU thực hiện nhiều xử lý và truyền dữ liệu tốc độ cao

Moduỉ Rơỉe sổ

Thực hiện các chức năng bảo vệ truyền thống, thực hiện cài đặt qua máy tính trung tâm,lưu lại dữ liệu sự có và quá trình truyền cho máy tính, liên lạc trực tiếp với DAU nhận cácthông tin giá trị tức thời để xử lý nhanh theo chức năng bảo vệ

Hợp bộ rơ le số có Main CPU quản lý trao đổi giá trị tức thời với DAU, quản lý cấu hình,

và thực hiện giao tiếp với thiết bị ngoại vi khác như PC, máy in, lập

trinh cầm tay , đồng thời có màn hình và phím chức năng để có thể thực hiện

cài đặt bằng tay và theo dõi hoạt động của rơ le Trên mỗi modul làm việc theo chức năngbảo vệ riêng có hệ thống đèn LED tùy đặt để hiển thị tình trạng và tác động theo chứcnăng trên Ngoài ra còn có các modul I/O: Digital Input, Re lay Output hỗ trợ một số chứcnăng logic của rơ le và cách ly với thiết bị khác về phương tiện điện áp làm việc

Một số Rơ le thế hệ mới như (RET 512 V2xx-ABB) là ghép nối của DAU + Modul bảo vệ+ Modul thông tin (cáp quang + RS232, 485)

Hệ thống rơ le số lộ phân phối trung áp cũng được thiết kế cho chức năng điều khiển đóngcắt như (7SJ531-Siemens), thích hợp cho kết nối sơ đồ BUS (RS485) thuận tiện trong việc

mở rộng thêm lộ đường dây và chỉ yêu càu truyền thông số ở tốc độ thấp hơn

PLC

Các PLC với khả năng trung bình có thể đảm nhận chức năng thực hiện giám sát điềukhiển liên động, logic trong toàn trạm, nhận và thực hiện các lệnh điều khiển từ xa quađường thông tin hoặc từ màn hình máy tính đi đóng cắt hoặc khởi động các thiết bị sơ cấp.Ngoài ra PLC nhận tín hiệu Digital Input từ trạng thái của thiết bị và Analog Input, xử lý ởcác cấp thấp hơn như nhiệt độ: dầu, môi trường, áp suất

Ngoài ra có thể chọn PLC - Master, với CPU có khả năng và tốc độ xử lý nhanh hơn, cùngcác modul thông tin, và bộ nhớ phục vụ cho mục đích thông tin tốc độ

cao trong điều khiển và truyền giá trị đo lường tức thời Khi đó vai trò của nó như là mộtRTU, bộ xử lý trung tâm và điều khiển ở mức trạm.

- Đối tượng DAU: Thu thập thông tin giá trị đo lường từ DAU

- Đối tượng thu thập dữ liệu

- Đối tượng lập báo cáo hiển thị(Hiển thị và in ấn các báo cáo)

- Đối tượng truyền tin lên điều độ cấp trên theo kênh thông tin (Modem)

- Đối tượng quản lý các cơ sở số liệu quá trình vận hành, sự kiện, sự cố

- Đối tượng lập các trang hiển thị và điều khiển giám sát( bao gồm các trang

Busbar, Trend, Loging )

- Đối tượng lập báo cáo, kế hoạch bảo trì tự động

- Ngoài ra còn một số chương trinh phát triển ứng dụng khác

Hệ thống thiết bị mạng thông tin LAN,WAN

Nguồn tự dùng DC, AC(UPS) cho hệ thống máy tính và tự dùng trạm

Các thiết bị thi hành thứ cấp: Mỗi thiết bị có thể đóng cắt qua Relay Output nhận lệnh từPLC và rơ le bảo vệ Ngoài ra theo cấu tạo, mỗi thiết bị đều có thể thực hiện thao tác ngaytại chỗ trên thiết bị phục vụ cho đóng cắt thử nghiệm và khẩn cấp

Các thiết bị tùy chọn khác như: Máy tính xách tay, Modem, hệ thống đồng bộ thời gianthực GPS cùng cổng đồng bộ thời gian IRGIB - Time, hệ thống đèn và nút điều khiểngiống với panel môi trường điều khiển truyền thông( thiết bị này nối với Digital I/Os củaPLC nếu yêu cầu)

Hệ thống công tơ đo lường có kênh thông tin riêng( hoặc thông qua PLC nhằm có tính bảotoàn, liên tục và tin cậy trong đo đếm kinh doanh)

- Đặc điểm nổi bật của thiết kế + Giảm số thiết bị: Giảm modul Analog khi nhiều

chức năng cùng khai thác BUS số liệu (tức thời) làm số mạch CT, VT giảm

+ Đảm bảo tính tác động nhanh khi có sự cố, những chức năng này do Modules rơ le bảo

vệ thực hiện

+ Thực hiện các sơ đồ logic tự động điều khiển đóng cắt bằng tay và từ xa thông qua PLC,những chức năng này với một trạm điện nhỏ không đòi hỏi tính tức thời cao như điềukhiển từ xa của các trạm điện và nhà máy điện lớn trong ứng dụng đóng cắt phục hồi hệthống sau sự cố và điều chỉnh công suất tổ máy phát (EMS)

+ Mức độ quan trọng (vai trò phân phối của trạm nhỏ trong sơ đồ HTĐ lớn), tính kinh tế

và độ tin cậy yêu càu nằm trong phạm vi chấp nhận được Vì vậy không càn thiết phải cónhững hệ thống điều khiển dự phòng (tự động chuyển song song khi một hệ có sự cố vớitrường hợp hư hỏng bộ điều khiển PC, PLC, hoặc hỏng mạng thông tin), vì nó không ảnhhưởng đến tính tác động nhanh của bảo vệ

+ Thể hiện đày đủ chức năng của một hệ điều khiển và quản lý phân tán, điểm nút chuyêngia trong hệ thống lớn

+ Đảm bảo được tính kinh té trong: Giá thành lắp đặt, giảm thiểu được khói lượng đấudây, kích thước và thời gian thi công của công trình Giảm tiêu thụ điện năng tự dùng,không gian lắp đặt Thuận tiện ữong quản lý giám sát và vận hành

Đầy đủ các thiết bị dự phòng, thay thế và khả năng mở rộng trong tương lai

+ So với một số mô hình thiết kế SCADA tam nhỏ khác, mục đích chủ yếu chỉ tạo và khaithác cơ sở dữ liệu để xây dựng một dạng hoạt động của HT SCADA trạm, thực hiện trên

cơ sở các Transmitters số thông minh kết hợp với máy tính,

Trong thiết kế này với sự có mặt của PLC sẽ hỗ trợ tối đa thực thi điều khiển logic trạm tạichỗ và từ xa theo mạng thông tin tốc độ cao, nâng cao hoạt động, tăng tính liên kết củatrạm trong sơ đồ điều khiển một hệ thống điện lớn.

Hệ thống điều khiển LSA - SIEMENS Trạm 220kV- Nam Định

r Station cp.nt.ro ~|

- Điều khiển từ xa - Telecontrol

- Điều khiển tại trạm

- Điều khiển tự động

- Giám sát các thiết bị tại trạm

- Đo lường các thông số

- Bảo vệ các thiết bị

Như vậy tất cả các chức năng của một tom thông thường đã được tích hợp vào trong một

hệ thống duy nhất, điều này khiến cho công tác quản lý cũng như vận hành trạm trở nên dễdàng hơn, nhanh chóng hơn và chính xác hơn

2 Cấu hình của hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm:

Để có thể tích hợp các chức năng vào một hệ thống duy nhất ta càn phải có những cấuhình phù hợp cho từng trường hợp cụ thể, những thiết bị phàn cứng ( Hardware) và cácphàn mềm tương ứng Ta xét một sơ đồ khối của hệ thống điều khiển trạm như sau:

H ÍÍ.ỊÌ lí;í"!evíí: CO! • ít Ợ : svs (>;!>'! c*ỉl :l«ỉ' eVvlựSlKíl''SUỉĩilXi (FCí

15 Córr iéSl^ <■>' miniííiícr ị!1-011 W* ! U(Ì ir.<?:>!«r-5r">ịs í” ỵỊ ự?ttực'íỢ;út ủ’-iỉ.ố

Hình 2.4: Sơ đỗ khối của hệ thống điều khiển trạm

Các thiết bị phàn cứng:

Trong hệ thống điều khiển trạm ta có những thành phần chính như sau:

- Master Unit: Là trung tâm xử lý tất cả các tín hiệu số, tủi hiệu tương tự

- I/O Unit: Là thiết bị thu nhận và chuyển tất cả các tín hiệu giữa MasterUnit và các thiết bị chấp hành

- Các rơ le bảo vệ số: Làm nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị trong trạm phânphối đồng thời cũng truyền tín hiệu về cho các I/O Unit, thực hiện các lệnh điềukhiển

- Các thiết bị chấp hành như: Máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, vv

- Các thiết bị ngoại vi: Máy tính, máy in được kết nối với Master Unit Đây

là các thiết bị để cho người vận hành giao diện với hệ thống Sinaut LSA qua đóđưa ra các mệnh lệnh điều khiển thích hợp

Các phần mềm:

LSACONTROL: Làm nhiệm vụ thực hiện các mệnh lệnh điều khiển của người vận hànhcũng như thực hiện các lệnh điều khiển tự động đã được lập trình trước và giám sát tìnhtrạng các thiết bị trong hệ thống

LSATOOLS: Làm nhiệm vụ thiết lập các thông số của hệ thống

LSADIAG: Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

LSATEST: Làm nhiệm vụ kiểm tra phàn thông tin giữa các thiết bị trong hệ thống và giữa

hệ thống trạm với trung tâm điều độ ( Telecontrol)

LSAPROCESS: Làm nhiệm vụ phân tích hoạt động trong hệ thống

Nguyên tắc làm việc và cấu tạo của các phàn tử chính

a Master Unit

Nguyên tắc làm việc:

Là trung tâm điều khiển và xử lý tín hiệu được sử dụng trong các trạm điện để thực hiệnnhiệm vụ quản lý trạm theo những chức năng như:

- Giám sát điều khiển

- Truy nhập vào các phần tử trong trạm

- Làm một thiết bị đầu cuối cho Telecontrol System

- Điều khiển các thiết bị tuần tự theo các chức năng logic

- Thực hiện các sơ đồ khóa liên động

- Lưu trữ các dữ liệu của hệ thống

- Chỉ thị trạng thái của các thiết bị trong hệ thống

Các thiết bị khác cần để thực hiện những nhiệm vụ khác nhau trong hệ thống ( như các I/OUnit, rơ le số ) được nối với Master Unit theo sơ đồ hình tia Toàn bộ các số liệu, tín hiệutrao đổi giữa Master Unit và các thiết bị này được thực hiện qua các cáp quang (Fiberoptical Cable)

Hình 2.5: Khối Master Unìt

Cấu tạo

Master Unit được cấu thành từ các Moduls gắn trên bus như:

Modul xử ỉỷ\ Chứa CPU và bộ nhớ

- Kiểm soát bus truyền dữ liệu

- Tự động khởi động toàn bộ hệ thống

- Nạp các thông số chứa trong EPROM cho các modul khác và các I/O Unit cũng như các rơ le số

- Phối hợp và giám sát tất cả các chức năng trong Master Unit

- Kiểm soát các thông số về ngày, tháng, thời gian trong toàn bộ hệ thống Moduỉ

giao tiếp SK-A

Modul này được dùng để giao tiếp với các I/O Unit khác trong hệ thống Một modul có

thể kết nối tới 64 Unit Moduỉ giao tiếp SK-G

Modul dùng để nối với máy tính và máy in, ta có thể nối được 2 máy tính vào Master Unitthông qua các modul này

Moduỉ giao tiếp với Teỉecontrol LK

Dùng cho việc giao tiếp giữa Master Unit với hệ thống Telecontrol, modul này có bộ xử lýđộc lập để thực hiện những nghi thức truyền khác nhau

Moduỉ chứa các đĩa mềm FL

Các thống số trong hệ thống được lưu lại trên các đĩa mềm và thông qua một modem vàphàn mềm LSAMAAS ta có thể tiến hành phân tích các thông tin lưu trên đĩa

Moduỉ nguồn

Modul cung cấp các nguồn nuôi cho toàn bộ Master Unit

b I/O Unỉt Nguyên tắc làm việc

Các I/O Unit là các thiết bị trung gian giữa Master Unit và các phần chấp hành trong hệthống Thông thường mỗi một đối tượng càn được bảo vệ và điều khiển sẽ có một hoặcmột số I/O Unit đi kèm theo ví dụ như là một ngăn lộ đường dây, Máy biến áp trong ữạm

và do đó các I/O Unit được gắn ngay cạnh các rơ le bảo vệ

Các I/O Unit làm nhiệm vụ thu nhận xử lý các tín hiệu số, tương tự gửi các lệnh điều khiển

Đe thực hiện được nhiệm vụ này một mặt I/O Unit được kết nối với Master Unit qua cáp quang mặt khác nó được nối với các CT, VT, tranducer, Rơ le

Các tín hiệu mà 1/0 Unit thu thập được sẽ được gửi đến Master Unit để xử lý sau đóMaster Unit sẽ gửi lại lệnh điều khiển tới I/O Unit rồi tới các đối tượng điều khiển tươngứng.

Hình 2.6: Khối I/O Unit

I/O Unit có các thành phần chính như sau:

- Các đàu vào số: Dùng để nhận các tín hiệu số như là các tiếp điểm chỉ trạng thái của máy cắt, dao cách ly, vị trí nấc của máy biến áp vv

- Các đàu ra số: Dùng để truyền lệnh tới các máy cắt, dao cách ly, máy biến áp w Tương ứng

- Các đàu vào tương tự: Dùng để nhận tín hiệu tương tự từ CT,VT, tranducer

Sử dụng cho mục đích đo lường

- Các cổng giao diện bằng cáp quang: Đe nối với Master Unit và các rơ le số

- Ngoài ra I/O Unit cũng có màn hình để thể hiện các thông số đo được

và HT đèn LED chỉ trạng thái tín hiệu số tương ứng với vị trí đóng hay mở của các thiếtbị

2.1.4 Giới thiêu hê thống điều khiển của trung tâm điều đô hê thống điên

quốc gỉa

Thiết bị phàn cứng:

- Server ứng dụng RANGER-RAS

- Server thu thập dữ liệu RANGER-RDAS

- Server thông tin máy tính RANGER-ICCP

- Server dũ liệu quá trình

- Server mô phỏng thực thi DTS ( Dispatcher’s Training Simulator ) RANGER-DTS

- Server màn hình người/ máy - MMC

- Màn hình làm việc - wc

- Màn hình cho mô phỏng hệ thống DTS

- Màn hình phục vụ nhiệm vụ bảo dưỡng, phát triển ứng dụng

- Màn hình phục vụ tác vụ văn phòng, quản lý mạng WAN

- Hệ thống mạng LAN hỗ trợ bởi giao thức TCP/IP

- Các cổng WAN phục vụ phát triển mở rộng trong tương lai

Hệ thống này được xây dựng trên cấu trúc có hệ thống có dự phòng song song( Primary

và backup) đảm bảo độ tin cậy và an toàn cao

Mô tả chức năng các thiết bị:

Server ứng dụng RANGER-RAS Là tói tim của hệ thống RANGER

- Trạm duy trì CSDL: Đảm bảo đồng bộ dữ liệu đến hệ thống

- Hỗ trợ các hình thức SCADA và chức năng ứng dụng phát triển trong HTĐ

- Quản lý, điều khiển cấu hình và khởi động lại hệ thống

- Hỗ trợ các chức năng quản lý cấu hình với 2 hệ thống: Hệ thống chính và hệ thống

dự phòng với chế độ làm việc “Miroring” - dự phòng song song

Server thu thập dữ liệu RANGER-RDAS

Lắp đặt giữa RAS và các bộ RTU, cung cấp các chức năng dịch vụ để lựa chọn dữ liệu từ RTU.

- Kiểm tra, xác nhận những dũ liệu có giá trị cho hệ thống

- Thông tin các lệnh giám sát đến RTUs

- Nhận và kiểm tra phản hồi các lệnh điều khển giám sát

- Hiển thị, điều khiển đường nối thông tin giữa RTU và RAS +

Đảm bảo các nhánh thông tin liên tục đến RTU

+ Lập các bản ghi, thống kê lỗi của hệ thống

+ Tự động chuyển thông tin qua những nhánh thông tin với RTU bị lỗi Hỗ trợ bởi 2 bộ server chính và dự phòng, một hệ thống đồng bộ thời gian thực định vị vệ tinh toàn càu-

DPS Server dữ liệu quá trình RANGER

Lựa chọn lưu trữ dữ liệu từ hệ thống RANGER, dữ liệu quá trình được lưu lại dưới nhiều dạng:

- Trạng thái

- Giá trị tương tự

- Giá trị dưới dạng tích lũy

- Dữ liệu được tạo ra dưới dạng liên kết trong cơ sở dữ liệu, nén chúng lại theo các thuật toán để lưu lại với kích thước nhỏ nhất

Các trạm khách (Hostorian Client cung cấp giao diện MMI đến chức năng quá trình, các

trạm chủ dự phòng liên kết với nhau trong một mạng LANs dự phòng Server ICCP, LAN,

phương thức vận hành tối ưu Trong chế độ thời gian thực sẽ hiển thị biểu diễn và hướngdẫn các thủ tục thao tác.

Các chức năng của hệ thống SCADA/EMS chạy trên DTS như:

- Tự động điều khiển tổ máy phát

- Tính toán hiệu quả kinh tế

- Lập kế hoạch

- Dự báo nhu càu tải

- Xử lý các tình thế hệ thống

- Điều khiển và tối ưu các luồng công suất

- Tính toán các hệ số chết trong hệ thống(Fenalty Factor)

- Tính toán ngắn mạch hệ thống

- Các chức năng SCADA cơ bản khác

Các hệ thống màn hình làm việc Workstation Console, Maintain, Engineering, WANcommunication

Cung cấp các giao diện người dùng của hệ thống RANGER, tạo khả năng lựa chọnphương thức bảo vệ và điều khiển hệ thống, cung cấp nhiều dịch vụ ứng dụng phát triểnkhác

Cẩu trúc phần mềm RANGER

Cung cấp chức năng SCADA và hỗ trợ các chức năng phát triển ứng dụng trong HTĐtheo quan điểm cấu trúc:

- Có nhiều trung tâm xử lý phân tán

- Có nhiều tác vụ JOBs chạy trên một bộ xử lý trung tâm Khả

năng khai thác trên hệ thống này tại Việt Nam

Hệ thống SCADA các điều độ miền đã va đang sử dụng, cung cấp dữ liệu và thực thi hoạtđộng toàn điện trên toàn hệ thống lớn

ri

*'Cộ1CK3

ỈKo

>

3ồC K!

to

Engineering Consoie (Typtcal

of x}

Maintenance

DTS Smdents ConsoJe

DTS Server and Instructors Console

WAN Communications

R ế knkiWM^

ỈK

►

g Vă

n H

ải

26

C H- H T

Đ 20 06 - 20 08

2.2 Giói thiệu các hệ thống điều khiển giám sát

2.2.1 SCADA: (Supervisory control and data acquisition) thu thập và hiển thị

các dữ liệu

SCADA được phát triển từ thế hệ điện cơ đến điện tử tương tự rồi kỹ thuật số Thông tin

dữ liệu từ các phàn tử được thu thập qua RTU rồi thông qua mạng thông tin đến trung tâmđiều độ hệ thống điện

Theo mức độ chi tiết thông tin có thể khác nhau:

- Dữ liệu vận hành: Điện áp các nút chính; dòng điện trên các phần tử chính,

công suất tác dụng, phản kháng, tàn số

- Trạng thái thiết bị: Máy cắt, dao cách ly, tiếp địa, đường dây, thiết bị điều

chỉnh và điều khiển

- Lý lịch của từng thiết bị trong hệ thống điện: Ngày đưa vào vận hành, lịch

đại tu, sửa chữa, làn sửa chữa cuối cùng

Nhân viên điều hành: Trực tiếp theo dõi và đưa ra các dữ liệu càn xử lý

vào hệ thống máy tính và từ đó theo kết quả nhận được nhân viên điều hành trực

tiếp ra lệnh điều khiển

Trên thế giới: Từ năm 1960 phát triển hệ thống SCADA kỹ thuật số Việt

Nam: Từ năm 1980

PROCETT 3 HP486 HPRC33

SERPRINTER

MTMT C BOAR

SWITCHES V24

PROCETT1 HP486 HPRC33

PROCETT2 HP486 HPRC33

Hình 2.8: Hệ SCADA trung tâm điều độ Hệ Thống Điện

RTU: Các thiết bị thu thập số liệu là thiết bị đo xa đặt tại các ữạm 220kV, 500kV và các nhà máy điện

ITE: Nối với 15 RTU qua MODEMS, là vi điều khiển Hệ thống máy chủ trung tâm Procett 1,2,3 làm nhiệm vụ thu thập số liệu của toàn bộ các RTU, xử lý thông tin và sau đó

ra lệnh điều khiển tương ứng các trạm và các nhà máy

2.2.2 EMS: (Energy Management System) Hệ thống điều hành quá trinh năng lượng.Các thông tin thu thập được truyền trực tiếp vào hệ thống máy tính điều khiển Hệ thống máy tính được trang bị các chu trình chuyên dùng để giải quyết hai bài toán chính: Bài toán giải tích lưới điện và bài toán tối ưu hóa các chế độ làm việc

Bài toán giải tích lưới điện Tính phân bố (trào lưu ) công suất trên lưới —* điện áp

các nút, tổn thất công suất tác dụng, phản kháng, tổn thất điện năng

Tính toán ngắn mạch —> cập nhật trong quá trình phát triển và thay đổi cấu hình hệ thốngđiện

Tính dòng và áp trên các phàn tử, nút chủ yếu của hệ thống điện và kiểm tra khả năng

chịu được dòng ngắn mạch của thiết bị và các phần tử trong hệ thống điện —*■ đề xuất

nhu càu thay thế

Tính ổn định của hệ thống điện: Xác định giới hạn —* độ dự trữ về ổn định —*■ đề xuất

các giải pháp để năng cao ổn định cho hệ thống điện

Tối ưu hóa chế độ vận hành

- Chế độ phát và phân bố công suất giữa các tổ máy (NMĐ) trong hệ thống điện —► phương thức huy động nguồn

Dự báo phụ tải (Ngắn hạn, trung hạn)

Ngắn hạn: 15 phút, giờ, ngày, tuần —> phục vụ điều hành trong thời gian thực

Trung hạn: Tháng, quý, năm —> phục vụ cho các kế hoạch chuẩn bị nhiên liệu, kếhoạch sửa chữa đại tu thiết bị —> dự báo kết hợp thông tin về thời tiết khí hậu, thị trường

- v/h tói ưu lưới điện Min (Loss)

Tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, tổn thất điện năng nhỏ nhất Min(cost) —*■ Độ tin

cậy: Thiết hụt điện năng do lưới điện kém tin cậy

- Chỉ tiêu chất lượng điện năng

Thế giới —> cuối thế kỷ 20 hoàn tất EMS

EMS bao gồm: Thu nhận thông tin, tính toán, ra quyết định —> trực tiếp điều khiển thiết

bị ( đối tượng) trong hệ thống điện Tất cả 4 quá trình trên do máy tính điều khiển

Nhân viên điều hành có nhiệm vụ theo dõi, giám sát và chỉ can thiệp khi cần thiết

EMS —*■ tương thích giữa hệ điều hành hệ thực hiện.

Phàn cứng: Các thiết bị được chuẩn hóa

Phàn mềm: phải có tiếng nói chung trong hệ thống điều khiển

2.2.3 DMS: (Distribution Management System) hệ thống phân phối và quản lý nănglượng

- Chất lượng điện năng: Điện áp, tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng,

bù, độ tin cậy cung cấp điện

- Chỉ tiêu kinh tế —* quản lý vận hành

- Quan hệ với khách hàng

Quá trình quản lý dữ liệu phân tán

Dữ liệu hệ thống điện: Nhiều lĩnh vực ít liên quan nhau

- Khảo sát: Địa chất, khí tượng, thủy văn

- Thiết kế: Tiêu chuẩn, định mức, thông số, tính năng

- Xây dựng

- Vận hành

- DMS —> quản lý nhu càu

2.2.4 BMS: (Business Management System) hệ thống quản lý kinh doanh Quản lý

sản xuất kinh doanh

Các yêu càu chung đối với RTU được nêu ra trong mục này

RTU sẽ liên lạc với trạm chủ (NRLDC) bằng giao thức IEC60 870-5-101 Khả

năng ghi nhận chuỗi sự kiện (SOE) sẽ được thực hiện trong RTU RTU sẽ liên

lạc với hệ thống SCADA/EMS thông qua một tổ hợp các đường thông tin tải ba (PLC),viba (MW) và cáp quang (F0) RTU sử dụng bộ vi xử lý 32 bít như một thiết bị logic cơ

sở, cung cấp các giao diện với kênh thông tin và cung cấp một giao diện điện theo đúngchuẩn công nghiệp với các thiết bị điện tại trạm Chương trình trong RTU sẽ được lưuvĩnh cửu trong bộ nhớ Flash-RAM Các chương trình này không đòi hỏi phải nạp lại do sự

cố mất điện Có khả năng thay đổi fĩrmware khi nâng cấp hoặc thay đổi giao thức bằngcách nạp giao thức mới hoặc sửa lại fĩrmware Đe cho phép cấu hình đường truyền mởrộng trong tương lai, RTU phải có địa chỉ phàn cứng có thể chọn lựa trong dải từ 1 đến

255 RTU được thiết kế theo các tiêu chuẩn IEC, nếu không thì sẽ được chỉ ra trong đặctính kỹ thuật Ngoài tiêu chuẩn IEC, thiết bị RTU sẽ phải đáp ứng các tiêu chuẩn khác nhưIEEE, ANSI, NEMA Các đàu vào và đàu ra RTU bao gồm các đường thông tin và đườngcấp nguồn sẽ được cung cấp với sự bảo vệ đáp ứng được hoặc vượt quá các yêu cầu kiểmtra thí nghiệm đã được xác định đối với thiết bị loại II và B, như đã đưa ra trong tiêu chuẩnIEC-255-4 RTU sẽ được trang bị một hệ thống cấp nguồn Hệ thống này lấy nguồn từ ắcqui 48VDC tại trạm cung cấp chung cho thiết bị thông tin và SCADA

2.3 Thiết bị xử lý

RTU sẽ dựa trên cơ sở thiết bị xử lý Bộ xử lý của RTU nhận các lệnh nhận được từ trạmchủ, thực hiện công việc nhận diện địa chỉ, chuẩn bị các thông điệp trả lời đúng với cácthông điệp lệnh đã nhận được và gửi các thông điệp này đến trạm chủ Bộ xử lý thực hiệnviệc thu thập dữ liệu và tiến hành thực hiện các yêu càu điều khiển

Bộ xử lý sẽ đồng thời gửi thông tin chuẩn đoán trong cấu trúc thông điệp, máy tính tạitrạm chủ sẽ giám sát cấu trúc thông điệp này Khi RTU thực hiện thao tác khởi động vì bất

kỳ lý do gì kể cả hỏng hóc về nguồn điện thì một cờ hiệu sẽ được đặt ra

Việc tắt RTU để bảo dưỡng sẽ được xem như là mất điện

Tất cả dữ liệu cấu hình của RTU có thể tải xuống từ trạm chủ Mọi dữ liệu càn thiết đốivới RTU sẽ được đưa vào cơ sở dữ liệu của trạm chủ thông qua các công cụ công nghệ dữliệu thông thường.

2.4 Giao diên kết nối

Việc kết nối giữa các thiết bị thu thập dữ liệu với trung tâm điều khiển, với các thiết bịđiện tử thông tin, cấu tạo các đàu vào đàu ra và các yêu càu của RTU được trình bày dướiđây

2.4.1 Kết nối với trung tâm điều khiển

RTU sẽ cung cấp một modem bên ngoài và các giao diện dành cho dữ liệu thông tin tốc độ

từ 1200bps Modem đồng bộ hoặc với RS232, RS422 hoặc giao diện trực tiếp TTL Thờigian quay vòng thông điệp yêu càu gửi, làm rõ khi gửi không vượt quá 12ms Modemđược lắp đặt trong tủ RTU và được cấp nguồn từ bộ sạc ắc qui 48VDC bằng một áp tô mátriêng biệt với nguồn của RTU

Modem làm việc theo chế độ thuê bao Đường thuê bao là loại 4 dây, có một cặp truyền vàmột cặp nhận Modem tại trạm được chỉ định như là một modem hồi đáp hoặc một

Modem tớ trong lúc Modem tại NRLDC được chỉ định như là một Modem chủ Hoặc Modem nguồn

Hai kiểu giao thức được sử dụng để thực hiện việc thông tin giữa hai Modem: Sửa lỗi(MNP4 hoặc V42), nén dữ liệu (MNP5 hoặc V42 bis)

RTU có hai cổng thông tin và cả hai cổng sẽ hỗ trợ giao thức IEC60 870-5-101 Ngoài ra,RTU sẽ có một cổng nối tiếp RS-232 dùng cho mục đích duy trì bảo dưỡng

2.4.2 Kết nối vói trung thiết bị lEDs

RTU có khả năng hỗ trợ cổng giao tiếp kết nối với thiết bị điện tử thông tin như bộ đo đếmđiện năng, rơ le, các bộ đồng hồ đa năng thông qua các giao thức truyền tin IEC60870-5-

103, Modbus, IEC61850

2.4.3 Đầu vào/ Đầu ra

Nhà thầu sẽ cung cấp tất cả phàn cứng càn thiết đáp ứng các yêu càu ban đàu, bao gồm các

rơ le đầu ra, các card trạng thái (digital), card tương tự (analog), và các card tích lũy xung.RTU được chừa ra một khoảng không gian đủ để dành cho giá và đế và để hỗ trợ cho cácyêu cầu mở rộng tối đa Các RTU sẽ được đấu nối trước đối với các cấu hình cơ sở và cácđiểm trong tương lai không được cấp từ đàu có thể thực hiện được một cách đơn giản chỉbằng cách đơn thuần bổ sung các card và các đàu cuối

Các phương tiện xử lý vào/ ra chứa trong RTU sẽ bao gồm:

1 Đầuvàoanalog

2 Đầu vào số- trạng thái

3 Đầu vào số- Bộ tích lũy xung

4 Đầu vào số- SOE

5 Đầu vào số - điều khiển thiết bị trạng thái

6 Đầu vào số - jog control

7 Chuyển mạch tại chỗ/ từ xa

8 Các cổng vào/ ra nối tiếp

9 RTU bao gồm các thiết bị chuyển đổi từ tương tự sang số càn thiết để đáp ứng tốc

độ chuyển đổi tương tự càn thiết thỏa mãn các yêu càu quét của trạm chủ

10 Bộ chuyển đổi tương tự - số phải có độ phân giải tín hiệu số tối thiểu

+11 bit cộng dấu Dải dòng điện đầu vào là ± 20mA, mức mở rộng là 5% dung lượng dải

Độ chính xác sẽ là 0,1% trên toàn dải Đầu vào đối với hệ thống chuyển từ analog sang số

có các đặc tính loại trừ tạp âm ở chế độ bình thường tối thiểu lOOdB từ 0 đến 50Hz Sựloại trừ tạp âm ở chế độ bình thường tối thiểu là 60dB ở tàn số 50Hz Toàn bộ các đặc tính loại trừ và dung sai độ chính xác sẽ bao gồm tất cả những ảnh hưởng của các bộ biến trở,

bộ khuếch đại, và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu được sử dụng giữa giá trị tại các đàucuối đàu vào và giá trị được chuyển đổi cuối cùng

11 Các kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu và thiết bị biến đổi được sử dụng sẽ không làm giảm sự chính xác và các đặc tính miễn giảm tạp âm Bộ khuếch đại đàu vào của thiết bị chuyển đổi tương tự - số sẽ được bảo vệ để chống lại những thay đổi liên tục của sự tăng vọt điện cảm biến Sự miễn giảm tạp âm về điện phải đáp ứng hoặc vượt quá các yêu càu sau:

- Sự chịu đựng ứng suất về điện (theo tiêu chuẩn IEC 255-4): Tối đa 5kV, 1.2/50S

- Điện áp quá độ( theo tiêu chuẩn IEC 801-4): 2kV

- Nhiễu cao tàn( theo tiêu chuẩn IEC 255-22-1): Đầu vào 2.5 kv đối với vở, lkV qua đàu vào

- Điện áp tĩnh điện( theo tiêu chuẩn IEC 801-2): 15kV

- Nhạy cảm với RFI( theo tiêu chuẩn IEC801-3): lOv/mét, 50kHz đến 1000kHz

12 Bộ chuyển đổi tương tự - số điện áp 12V là loại mạch tích hợp cao cấp kiểu

số Mỗi board có một thiết bị xử lý có nhiệm vụ giám sát các chức năng của board Cờ hiển thị chất lượng sẽ được chuyển đến trạm chủ đối với mỗi kênh được đấu nối vào board

Các yêu cầu đối với đầu vào số Tất cả các mạch đàu vào của các module đàu vào

số sẽ được cách ly về điện với tín hiệu bên ngoài Các kỹ thuật cách ly kiểu quang học sẽ được sử dụng thông qua RTU để bảo vệ mạch đàu vào số Mỗi mạch đàu vào sẽ bao gồm một chỉ báo LED hiển thị trạng thái của các công tắc đầu vào Mỗi chỉ báo sẽ được bố trí gàn chỗ đấu dây của đầu vào tương ứng

Điện áp điều khiển vào đến các công tắc phụ của máy cắt và các thiết bị khác sẽ được cấp nguồn từ nguồn điện áp cách ly của RTU Điện áp làm việc của RTU sẽ là 48Vdc Việc bảo vệ mạch điện để hạn chế khả năng bị ảnh hưởng bởi tác hại trầm trọng do ngắn mạch gây ra trên các công tắc thiết bị và trên các mạch đầu vào sẽ được bao gồm trong RTU

Có hai loại điểm trạng thái sẽ được hỗ trợ:

1 Điểm trạng thái 2 bít

2 Điểm trạng thái 1 bít

RTU phải có khả năng phát hiện và thông báo về trạm chủ rằng có hai hoặc nhiều thay đổitrạng thái đã diễn ra trong thời gian lấy mẫu cuối cùng không liên quan đến trạng thái hệntại của thiết bị Các ví dụ về những chuỗi thay đổi trạng thái phải được bao gồm liên quan:

1 Đóng, cắt - đóng

2 Cắt, đóng - cắt

3 Đóng, cắt - đóng - cắt

4 Cắt, đóng - cắt - đóng

Đầu vào số trạng thái hai bít Các đàu vào trạng thái hai bít sẽ được sử dụng để

giám sát trạng thái thiết bị Các đàu vào trạng thái sẽ được lọc một cách phù hợp để việcchỉ báo hiện tại thực luôn được truy xuất theo yêu càu Trạng thái của những thiết bị đó sẽsẵn sàng hữu dụng thông qua việc sử dụng một cặp công tắc dưới dạng của một công tắc a

và b Các công tắc này hoạt động như sau:

Đầu vào so - trạng thai 1 bít

Các đàu vào trạng thái một bít sẽ được sử dụng để giám sát trạng thái của các thiết bị khác

và những cảnh báo Tuy nhiên, chỉ có một công tắc được sử dụng đối với đàu vào trạngthái

Đầu vào số - các yêu cầu tích lũy xung Xung từ các công tắc của đồng hồ sản lượng

sẽ được xử lý để lưu trữ dưới dạng số các xung đã được tích lũy giữa các giai đoạn thu thập tiêu chuẩn Đầu vào các bộ tích lũy sẽ được đóng một cách có chọn lựa, công tắc 2 dây hoặc 3 dây đi ra từ thiết bị của chủ đàu tư - một vòng 2 nhịp

Các bộ tích lũy sẽ được cung cấp với dung lượng đăng ký 16 bit Vận tốc tối đa xung đàuvào sẽ là 10 nhịp trên giây Các kỹ thuật lọc và các kỹ thuật khác sẽ được thực hiện đểtránh các nhịp sai do nhảy công tắc đàu vào

RTU sẽ hồi đáp lệnh đóng băng từ trạm chủ Khi nhận lệnh này, các bộ tích lũy sẽ chuyểnnội dung vào trong thanh ghi và tiếp tục tích lũy các xung đo mà không cài đặt lại Dữ liệuđược lưu trữ trong các thanh ghi sẽ được giữ lại để chuyển vào máy tính Các yêu cầu đọc

sẽ không cài đặt lại thanh ghi Khả năng phát và nhận tín hiệu đóng băng bên ngoài thôngqua đàu ra điều khiển và đàu vào trạng thái tương ứng sẽ được cung cấp

Các bộ tích lũy xung sẽ cuốn từ nhịp tối đa đến 0 và tiếp tục đếm Trạm chủ sẽ tính vòngtròn của nhịp

Đầu vào số - chuôi sự kiện SOE RTU được thiết kế và cấu hình hỗ trợ cho SOE

RTU có một đồng hồ bên trong có khả năng duy trì độ chính xác của thời gian lên đến ±1micro giây trong khoảng thời gian 15 phút Đồng hò của RTU được cài đặt định kỳ thôngqua nguồn đồng bộ thời gian bên ngoài sau đây, như mã thời gian nhận được từ trạm chủ.RTU cho phép SOE được kích hoạt và loại bỏ kích hoạt trên cơ sở RTU sử dụng thôngđiệp lệnh

RTU có bộ đệm để lưu trữ các đàu vào SOE Kích cỡ bộ đệm tối thiểu tương đương số cácđiểm SOE có thể có trong RTU nhưng không ít hơn con số 256 sự kiện RTU sẽ đặt một

cờ hiệu trong thông điệp hồi đáp của bất kỳ một thông tin nào từ trạm chủ chỉ báo có dữliệu SOE Trạm chủ sau đó yêu càu dữ liệu SOE Dữ liệu SOE sẽ không bị hủy bỏ trừ phiđược hủy bỏ trực tiếp từ trạm chủ Dữ liệu SOE, nếu không được hủy bỏ một cách đặc biệt

sẽ được ghi đè lên khi bộ đệm đày những dữ liệu cũ nhất đang được ghi đè RTU có khảnăng tải lại tất cả dữ liệu SOE hiện có trong bộ nhớ nếu càn

Tất cả đàu vào sẽ là những tiếp điểm do chủ đàu tư cung cấp và có thể ao gồm một số đàuvào không được quét như là một phàn của sự quét trạng thái thông thường ( một số điểmchỉ là những điểm trạng thái, một số điểm là SOE, và một số điểm vừa là trạng thái vừa làSOE

2.4.4 Đầu ra số

Đầu ra số - điều khiển thiết bị hai trạng thái

RTU có khả năng đưa ra những điều khiển giám sát hai trạng thái RTU được thiết kế saocho chỉ một đàu ra được kích hoạt tại một thời điểm Phương pháp chọn lựa trước khi thaotác được sử dụng Thời gian tối đa RTU chờ đợi giữa nhận một lênh chọn lựa điều khiển

và lênh kích hoạt sẽ là 0,1 và 5 giây trong sự gia tăng 0,1 giây Neu lênh kích hoạt khôngnhận được trong khoảng thời gian cài đặt sẵn, thì thao tác sẽ phải kết thúc Việc cài đặt tạixưởng sẽ là 1 giây

RTU sẽ cung cấp nguồn để vận hành các rơ le đàu ra có công suất thấp; các rơ le đàu rađược sử dụng để vận hành các rơ le trung gian bên ngoài do chủ đàu tư cung cấp, các rơ lenày được cấp điện từ nguồn 48 VDC Sự an toàn cho đàu ra số sẽ đáp ứng các yêu càu như

đã nêu trong thông số

Rơ le đàu ra điều khiển được yêu càu cho mỗi hướng điều khiển đối với một thiết bị Mỗi

rơ le đầu ra như vậy sẽ cung cấp công tắc cho một chu kỳ có thể cấu hình Thời gian đóng

sẽ là từ 0,1 đế 5 giây gia tăng mỗi làn 0,1 giây, có thể cài đặt bởi tham số phần mềm đượctải xuống từ trạm chủ

Mỗi Rơ le đàu ra có tối thiểu 2 dạng công tắc a và hai dạng công tắc b hoặc tối thiểu haidạng công tắc.

Đầu ra số- jog controỉ Đầu ra jog control sẽ được cung cấp để điều khiển vị trí nấc

phân áp máy biến áp và các thiết bị tương tự khác Đầu ra Jog-control sẽ cung cấp các đàu

ra công tắc cao và thấp hơn đối với mỗi điểm đã được điều khiển và sẽ có các công tắc cóthể điều chỉnh một cách riêng lẻ Thời gian đóng có thể điều chỉnh từ 0,1 và 5 giây vớimức gia tăng 0,1 giây Các công tắc sẽ được phân loại như đã xác định cho các đàu ra sốhai trạng thái

Đầu ra sổ- chuyển mạch tại chỗ/từ xa Một khóa chuyển mạch tại chỗ/ từ xa sẽ được

cung cấp trong RTU Khi chuyển mạch ở vị trí từ xa, trạm chủ phải có sự điều khiển củacác đàu ra điều khiển số Khi chuyển mạch ả vị trí tại chỗ, các đầu ra điều khiển số khôngthể xảy ra Chuyển mạch sẽ gián đoạn điện áp thanh cái ở đầu cao nguồn điện để tránhcuộn rơ le khỏi bắt điện Công tắc đầu vào trạng thái sẽ sẵn sàng hữu dụng để giám sát vịtrí chuyển mạch này

2.4.5 Nguồn điện cho RTU

RTU sẽ được trang bị nguồn điện lấy từ ắc quy tại trạm Nguồn điện cấp cho RTU sẽ cungcấp điện càn thiết đễ hỗ trợ cho việc thông tin của RTU, xử lý logic, và điện cách ly chocác lõi rơ le trung gian và các đàu vào cảm biến bên ngoài

Nguồn điện sẽ được thiết kế sao cho không bị phát xạ và dẫn điện do nhiễu mà nguyênnhân tạo ra là do suy thoái nguồn điện khi RTU hoạt động hoặc bị phản xạ trở lại nguồnđiện

Việc bảo vệ chống quá tải và thấp tải sẽ được thực hiện trên các đàu vào để ngăn chặnlogic bên trong RTU khỏi bị phá hại do kết quả của hỏng hóc một bộ phận nào đó trongnguồn điện và tránh cho logic bên trong RTU không trở nên bất ổn và gây ra những vậnhành giả do dao động điện áp

2.4.6 Sự an toàn cho RTU

RTU sẽ được bảo vệ để chống lại các dòng điện từ, tĩnh điện, hiện tượng cảm biến thoángqua, có thể xảy ra tại các trạm biến áp và các trạm điện.Tất cả các mạch đàu ra/ đàu vào sẽđược mạ cách ly với các phàn khác cũng như cách ly với đất.Tất cả những đấu nối vào ra

từ RTU sẽ được mạ cách ly từ logic bên trong RTU

Nguồn điện và các mạch đàu ra/ đàu vào sẽ được bảo vệ chống lại điện áp cảm biến theođúng phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn IEE về sự cố thoáng qua nhanh SWCIEEC37.90.1( 5kV) và bảo vệ xung lực ( 5kV) theo tiêu chuẩn IEC255.4.Việc bảo vệ chốngnhiễu điện sẽ đáp ứng các tiêu chuẩn đã nêu trong:

1 IEC-255-5 về cách ly

2 IEC-255-22-1 về nhiễu cao tàn

3 IEC-801-4 về hiện tượng quá điện áp quá độ

4 IEC-801-2 về điện áp tĩnh điện

Logic mã hóa và giải mã của RTU được thiết kế để tránh được các lệnh sai đang đượcthực hiện và dữ liệu bị lỗi khi chúng đang truyền được đi do lỗi của kênh thông tin Tất cảcác đặc tính an toàn trong thông tin sẽ bao gồm kiểm tra, điều khiển lỗi theo tiêu chuẩnIEC 60870-5-1 lớp định dạng cấp 1,2 RTU sẽ an toàn về lỗi rong thiết kê Tiêu chí thiết kếdưới đây sẽ được phối hợp trong logic Jog-control và đàu ra số:

1 Chuỗi chọn lựa- kiểm tra- thao tác đói với đàu ra điều khiển Thông

điệp xác định đối với các chuỗi điều khiển kiểm tra trước khi thao tác sẽ được thu thậpbằng việc mã hóa lại thông điệp xác định trực tiếp từ các đường chọn lựa điểm điều khiển

Do đó, sự phản hồi đơn giản của thông điệp đã nhận không được chấp nhận

2 Sẽ không có nhiều hơn một điểm điều khiển được chọn ở bất kỳ một