Bảo vệ Luận văn Tốt nghiệp: Tự động hóa trạm phân phối điện

ƯỜ ƯỜ

TR TR

Ỹ Ạ Ọ Ư Ạ Ỹ Ạ Ọ Ư Ạ NG Đ I H C S  PH M K   NG Đ I H C S  PH M K

Ậ Ậ

THU T TP.HCM THU T TP.HCM

FACULTY OF ELECTRICAL AND FACULTY OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING ELECTRONICS ENGINEERING

www.hcmute.edu.vn

BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN

TPHCM, tháng 10 năm 2010

GVHD: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT HVTH: TRÀ QUANG ĐỖ ÁN

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

MỤC TIÊU:

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Nâng cấp tự động hóa trạm phân phối điện 220KV Nhà máy thủy điện Trị An và các trạm phân phối cũ khác.

NỘI DUNG:

Giới thiệu

Tổng quan về hệ thống SCADA

Các chuẩn giao thức

Thiết kế - Quản lý dự án nâng cấp hệ thống SCADA trạm phân phối 220KV Nhà máy thủy điện Trị An

Thiết kế mô hình SCADA trạm phân phối 220KV

n

Phần 1: GIỚI THIỆU

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

1.1. Tính cần thiết nâng cấp tự động hóa trạm phân phối 220KV

Hệ thống điều khiển được thiết kế theo kiểu truyền thống. các Rơle

bảo vệ đặt tại trạm phân phối.

Cáp điều khiển và tín hiệu với số lượng khá lớn.

Khó khăn để xác định thông tin.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

1.2. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu nâng cấp tự động hóa

Giới hạn tập trung nghiên cứu hệ thống DCS-SCADA/EMS với khả năng điều khiển – giám sát – thu thập dữ liệu nhằm ứng dụng thiết kế nâng cấp tự động hóa trạm phân phối điện Nhà máy Thủy điện Trị An, khắc phục các nhược điểm ở trên

Ứng dụng PLC công nghiệp cùng với công nghệ Bus trường để nâng cấp SCADA tự động hóa trạm phân phối điện 220kv – giảm giá thành

1.3. Tính mới của đề tài

1.4. Tính thực tiễn của đề tài

Nâng cấp trạm phân phối 220kv với các ưu điểm sau:

Giảm giá thành giải pháp

Làm chủ thiết bị

Thiết bị công nghiệp có sẵn – dễ mua

n

Phần 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

ề

ế

ớ HMI giao ti p v i Đi u hành viên

ạ

ề

ể

ề

Đi u hành viên

Tr m đi u khi n trung tâm MTU(Master Terminal Unit)

ườ

ữ

ề

Môi tr

ng truy n thông gi a

ạ

ạ

ố ộ ấ ể

ệ ườ

ề

MTU và RTU: Internet, vô tuy n, ế m ng đi n tho i(có t c đ  th p,  ng là đi u khi n vòng  thông th

mở

Thi

t b  thu th p d  li u

ế ị ề

ậ ữ ệ ể và đi u khi n RTU or  PLC

Môi tr thi

ữ ở ề ng truy n thông gi a    ố ộ ươ ố ng đ i   xa, t c đ  t ề ườ

ng là đi u

ườ ế ị ừ t b  t cao , thông th ể

khi n vòng kín (EIA­485, EIA­ 232…)

Thi tr ộ

ế ị ữ ệ t b  d  li u  ườ ng:Valve ơ ả

ế

ầ ứ

ấ

ơ b m, đ ng c , c m bi n…  ủ Hình 2.2: C u trúc ph n c ng c a  SCADA

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Hình 2.3: Các thành phần phần mềm trong hệ SCADA

n

Phần 3: CÁC CHUẨN GIAO THỨC

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Trong các hệ thống SCADA thì giao thức kết nối đóng vai

trò quan trọng để liên kết các phần của hệ thống với nhau

cùng làm việc chung trong một hệ tích hợp.

3.1 Giao thức IEC 61850

Tiêu chuẩn IEC 61850 hỗ trợ khả năng trao đổi thông tin

lẫn nhau giữa các IED nội bộ trong TBA từ nhiều nhà sản

xuất khác nhau. IEC 61850 được EVN lựa chọn cho các ứng

dụng tự động hoá TBA.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Với ưu điểm của

chuẩn truyền thông

TCP/IP Ethernet,

giao thức IEC 61850

có hiệu năng làm

việc cao, xử lý thông

tin đạt tốc độ

100Mb/s và đơn

giản trong việc thực

hiện kết nối trên

mạng LAN.

Hình 3.2: Các khả năng của tiêu chuẩn IEC61850 trong ứng dụng tự động hoá TBA

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Hình 3.5: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống tự động hoá trạm với giao thức IEC61850

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

3.2 Giao thức IEC 60870

IEC 60870 cung cấp một cách chi tiết mô tả chức năng cho các thiết

ế ị

ể ừ

IEC 60870 Thi

t b  và h  th ng đi u khi n t

xa

ầ

ệ ố ứ

ề ề

Ph n 5 Các giao th c truy n thông

bị và điều khiển từ xa giữa các trung tâm cho hệ thống SCADA.

ầ

ầ ủ Các ph n c a ph n 5

ề

ủ ụ

ế

ụ

ấ ị

ứ

ụ

ề ủ ữ ệ ứ ầ ụ

ơ ả

ứ

ứ

ứ 5 – 1 Các giao th c truy n thông 5 – 2 Các th  t c truy n thông liên k t  5 – 3 C u trúc c a d  li u  ng d ng ủ 5 – 4 Đ nh nghĩa c a các ph n thông tin  ng d ng 5 – 5 Các ch c năng  ng d ng c  b n

ẩ

Các tiêu chu n đi theo

ệ

ơ ả

ợ ố

ề ủ ổ ệ

ụ 5 – 101 Các nhi m v  truy n thông c  b n ề 5 – 102 Truy n thông c a t ng h p s ế ị ả t b  b o v 5 – 103 Các thi ậ ạ 5 – 104 M ng truy c p

Hình 3.6: Cấu trúc IEC 60870

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

ươ ứ ử ụ ươ ứ ử ụ Ph Ph

ng th c s  d ng Ứ ụ ng d ng ng th c s  d ng ụ Ứ ng d ng

ậ ể

ế ữ ệ V n chuy n M ngạ ế ữ ệ

Liên k t d  li u V t lýậ

IEC 60870 – 5 – 104

Liên k t d  li u V t lýậ IEC 60870 – 5 – 101 ướ ạ Không m ng l i ướ ạ M ng l i

ủ ấ Hình 3.9: C u trúc c a T101 và T104

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

3.6 GIAO THỨC PROFIBUS

PROFIBUS định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-

DP và ROFIBUS-PA.

PROFIBUS chỉ thực hiện các lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mô hình qui chiếu

OSI, như minh họa ở hình 3.14

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Tuy nhiên PROFIBUS-DP và –PA Bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao

đổi dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Phần 4 THIẾT KẾ - QUẢN LÝ DỰ ÁN NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA TRẠM PHÂN PHỐI 220KV NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ AN

4.1 Đánh giá hiện trạng trạm phân phối A. Hiện trạng thiết bị nhất thứ

Toàn bộ máy cắt của 11 ngăn lộ và dao cách ly của 5 ngăn lộ đã

được thay mới bằng máy cắt SF6 và dao cách ly của hãng ABB.

Các chống sét van đã được thay mới của hãng Siemens.

Những thiết bị còn lại vẫn đang dùng thiết bị cũ(hơn 20 mươi năm).

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

4.2 Hiện trạng thiết bị nhị thứ a. Hệ thống bảo vệ rơ le

Bảo vệ thanh cái đã được thay bằng Rơ le kỹ thuật số 7SS52 V4 của

Siemens; hổ trợ giao thức IEC 61850

Bảo vệ đường dây 271, 272, 273 và máy cắt 200B được trang bị Rơ

le kỹ thuật số thế hệ cũ của Siemens 7SA513, 7SJ512; hổ trợ giao thức

IEC60870-5-103.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Bảo vệ máy cắt 200A được trang bị Rơ le kỹ thuật số 7SA613 của

Siemens; hổ trợ giao thức IEC 61850.

Bảo vệ máy biến áp liên lạc 9T được trang bị Rơ le kỹ thuật số

RET521, RELL511, REX 521 của ABB; hổ trợ giao thức IEC60870-5-103.

Bảo vệ máy biến áp liên lạc 8T được trang bị Rơ le kỹ thuật số

7UT613, 7SA610, 7SJ610 của Siemens; hổ trợ giao thức IEC61850

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

b. Hệ thống điều khiển - giám sát

Hệ thống được thiết kế theo kiểu truyền thống

Số lượng Cáp điều khiển và tín hiệu khá lớn

Việc theo dõi, ghi chép và lưu trữ các thông số vận hành thông qua sổ

ghi chép, không đáp ứng được nhu cầu xử lý tín hiệu, đánh giá dữ liệu,

hổ trợ công tác vận hành và quản lý kỹ thuật.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Tóm lại:

Chưa đáp ứng được nhu cầu ghi nhận và lưu trữ thông tin phục vụ việc

phân tích, đánh giá quá trình vận hành ở chế độ bình thường cũng như

khi xảy ra hư hỏng trong hệ thống.

Giữa các thiết bị không thể kết nối, giao tiếp với công cụ máy tính và với nhau.

Việc bố trí các thiết bị nhị thứ rất phân tán, không tập trung dẫn đến gây

chậm trễ trong việc xử lý sự cố, gây khó khăn trong công tác vận hành và

bảo dưỡng thiết bị.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Vật tư thay thế rất khó tìm thường phải mua trôi nỗi và có nguồn gốc hàng hóa không tin cậy, giá cao.

Các nhà máy sản xuất thiết bị trước đây của Liên Xô cũ đã

chuyển đổi sang chế tạo theo công nghệ mới nên khó có cơ

hội mua thiết bị đó nếu chúng bị hư hỏng.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Mục tiêu nâng cấp hiện đại hóa nhằm giải quyết các vấn đề sau:

Phòng ngừa và loại bỏ các rủi ro tiềm ẩn trong thiết bị và hệ thống hiện tại.

Phòng ngừa và loại bỏ các rủi ro thao tác nhầm do ảnh hưởng từ áp lực công việc hay từ gia đình gây sự cố, không an toàn cho người và thiết bị.

Nâng cao tính sẵn sàng, ổn định, linh hoạt và độ tin cậy của hệ thống trong vận hành.

Điều khiển và giám sát bằng máy tính.

Giảm thiểu thời gian giải quyết-xác định sự cố để tái lập thiết bị.

Giảm thiểu chi phí bảo trì và hiệu chỉnh thiết bị.

Phục vụ tham gia thị trường điện.

Phục vụ tính toán phát điện tối ưu giữa các nhà máy điện bậc thang sau này.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

n

FEEE

Phần 5: THIẾT KẾ MÔ HÌNH SCADA TRẠM PHÂN PHỐI 220 KV

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

6.1 Giới thiệu về mô hình

IEC60870-5-103 PROTOCOL

ROLE REL 511 ABB

RS232

RADIO MODEM MASTER

Module Ethernet CP343-1 Lean

CPU 315, Module Analog

417.25MHZ IEC60870-5-101 PROTOCOL

RADIO MODEM SLAVE

PLC OMRON

TRANSDUCER

CT, VT: TÍN HIỆU U,I,F,P,Q...

PANEL SƠ ĐỒ CÁC NGĂN LỘ TRẠM 220KV: MC, DCL, DĐ, RƠLE , NẤC BIẾN THẾ...

Hình 6.1: Mô hình mô phỏng trạm 220KV

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

6.2 Thiết kế mô hình SCADA trạm phân phối 220kV a. Xây dựng lưu đồ giải thuật

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

BẮT ĐẦU

Sai

Từ xa

Sai

Sai

BẢO VỆ TÁC ĐỘNG

CHẾ ĐỘ

Điều độ A2-A0

PC Trung tâm

Đúng

Đúng

Đúng

Tại chổ

Sai

PASSWORD

Sai

LỆNH ĐÓNG

Đúng

Sai

Đúng

Sai

LỆNH ĐÓNG

LỆNH CẮT

Đúng

Đúng

Đúng

LỆNH CẮT

Cắt

271-1 or 271-2

Sai

Cắt

MC271

Đóng

Đóng

Cắt

271-7

Chưa nén

LÒ XO CẮT

Đóng

Đã nén

Đóng

Sai

MC271

ĐỦ KHÍ SF6

Cắt

Đúng

Chưa nén

LÒ XO ĐÓNG

CẮT MC 271

Đã nén

Đóng

Sai

MC271

ĐỦ KHÍ SF6

Cắt

Đúng

Đúng

87BUS TRIP

ĐÓNG MC 271

Sai

Đúng

CHỐNG ĐÓNG LẶP LẠI

TĐ ĐÓNG LẠI

Sai

Hình 6.6: Lưu đồ giải thuật điều khiển MC271

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

Ắ

Ầ

B T Đ U

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

Sai

Sai

T  xaừ

Ộ

PC TRUNG TÂM

CH  ĐẾ Ộ

ĐI U ĐỀ  A2­A0

Đúng

Đúng

ổ

T i chạ

Sai

PASSWORD

Sai

LỆNH ĐÓNG

Đúng

Sai

LỆNH ĐÓNG

Đúng

Sai

LỆNH CẮT

Đúng

Đóng

Đúng

Đúng

DCL 271-1

LỆNH CẮT

Cắt

Cắt

Sai

DCL 271-1

Đóng

200 B-01A

Đóng

Cắt

Đóng

Đóng

Cắt

DCL 271-2

MC 271

271 -01

Cắt

Cắt

Đóng

Đóng

271 -02

Cắt

C T Ắ DCL 271­1

Đóng

DCL271 -2

MC 271

Cắt

Cắt

Đóng

ĐÓNG  DCL 271­1

Hình 6.7: Lưu đồ giải thuật điều khiển DCL 271-1

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

6.3. Cấu hình giao diện Truy Cập, Reset Rơle

cấu hình cho Rơle 7SA513 ngăn lộ 271 hổ trợ giao thức IEC60870-5-103.

cấu hình Board Type: TCP/IP.Port; Port Protocol: IEC103.Protocol; Protocol

Mode: Master; Remote IP Address là tùy vào cấu hình cho Rơle.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

Lập trình cảnh báo-cấm thao tác MC cho lò xo và áp lực khí SF6

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

ĐẾN ĐÂY CHẠY MÔ PHỎNG MÔ HÌNH

n

FEEE

Phần 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

6.1 Kết quả thực hiện

6.2 Hướng phát triển của đề tài

Ứng dụng hệ chuyên gia - lập trình chẩn đoán tình trạng các mối nối với

số lượng khá lớn của trạm phân phối, từ việc thu thập dòng điện các pha

của hệ thống SCADA.

Nâng cấp kết nối toàn bộ thiết bị bao gồm điều khiển – đo lường – giám

sát khối tổ máy, thiết bị thủy công cửa nhận nước và các thiết bị phụ khác

với hệ thống SCADA Trạm phân phối.

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

B t ắ đ uầ

ể ử ụ

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

ọ Ch n các năm đ  s  d ng tính  toán

ự ướ

ọ

ầ

Ch n m c n

c cho tu n i

ướ ề

ố

c v  theo th ng

ậ ự ậ C p nh t d  báo n kê

ố ư

ạ

Tính toán t

i  u dài h n

ị

ử ụ

ụ

ướ

ầ c tu n

Xác đ nh m c tiêu s  d ng n i

ố ư

ắ

ả

Tính t

ớ i  u ng n h n v i dòng ch y quá

ạ khứ

ạ

Tính t

và

ố ủ

ầ

ố ư ự ướ m c n

ờ i  u ch y máy theo gi c cu i c a tu n i

ố ư

ạ

Tính toán t

i  u dài h n

Tu n ầ cu i ố cùng?

Hình 7.1: Sơ đồ khối Module Hydropt

ế

K t thúc

Tính toán tối ưu phát điện và phối hợp các nhà máy bậc thang

n

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

o i t a c u d E d e c n a h n E g n i r u s n E

XIN CÁM ƠN

QUÝ THẦY CÔ

ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI