Tài liệu NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP TỪ XA

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG ********* PH M ĐĂNG THANH NGHIÊN C U CÔNG NGH TÍCH H P Đ XÂY D NG H TH NG ĐI U KHI N VÀ GIÁM SÁT V N HÀNH TR M BI N ÁP T XA 2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG ******** Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Ngô Văn Dư ng Ph n bi n 1: TS. Tr n T n Vinh Ph n bi n 2: PGS.TS. Nguy n Hoàng Vi t Chuyên ngành: M NG VÀ H TH NG ĐI N Mã s : 60.52.50 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 06 tháng 08 năm 2001 ĐÀ N NG – 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin – H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng 3 M 4 Đ U 110kV T nh Khánh Hòa nói riêng, hi n tr ng v công tác ñi u ñ lư i 1. Lý do ch n ñ tài H u h t các tr m bi n áp t - Nghiên c u h th ng ñi n Vi t Nam nói chung và h th ng ñi n c p ñi n áp 110kV, 220kV ñ n 500kV ñ u ñư c thi t k và xây d ng theo phương pháp truy n th ng, nhân viên v n hành th c hi n thao tác ñi u khi n thi t b b ng tay t i t b ng trong tr m. Công tác v n hành t i tr m theo ch ñ có ngư i tr c thư ng xuyên, th i gian thao tác và x lý s c lâu. Quá trình v n hành ñã có nhi u như c ñi m như: Quá t i các mương cáp ngoài tr i, trong nhà. Qúa t i phòng ñi u khi n, b o v , không còn ñ không gian v trí ñ l p ñ t t ñi u khi n cho vi c b sung ngăn l . H th ng liên ñ ng thi t k ch ng chéo gi a các t trung gian làm tăng s lư ng cáp. H n ch trong vi c lưu tr th ng kê thông s và tình tr ng v n hành lâu dài c a thi t b là c s phân tích, ñánh giá cũng như xác ñ nh k ho ch b o trì, b o dư ng thi t b … T các lý do nêu trên, ñ tài s t p trung nghiên c u công ngh ñi u khi n h th ng ñi n, các h th ng tích h p ñi u khi n, t ñ ng, thông tin c a các hãng ABB, SIEMENS, AREVA, SEL…, nghiên c u các ph n m m ng d ng, t ñó xây d ng h th ng tích h p ñi u khi n, giám sát chuy n các tr m bi n áp 110kV thi t k ki u truy n th ng thu c Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa qu n lý thành tr m bi n áp tích h p và cho phép ñi u khi n, giám sát v n hành t xa. 2. M c tiêu và các n i dung nghiên c u c a ñ tài Đ tài ñ t ra m c tiêu chính là nghiên c u thi t k c i t o và xây d ng chương trình ñi u khi n, giám sát v n hành cho m t s tr m bi n áp ñi n hình c a Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa. Đ th c hi n m c tiêu, các n i dung chính c n th c hi n như sau: ñi n, quá trình ñi u khi n và giám sát v n hành các tr m bi n áp. - Xây d ng chương trình k t n i, trao ñ i d li u ñ th c hi n quá trình ñi u khi n, giám sát v n hành các tr m bi n áp t xa. - Áp d ng k t qu nghiên c u ñ xây d ng chương trình ñi u khi n và giám sát v n hành t xa cho tr m bi n áp 110kV Bán Đ o Cam Ranh thu c Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u Đ i tư ng, ph m vi nghiên c u c a ñ tài là các tr m bi n áp công su t nh và các tr m ñ n c p ñi n áp 110kV trên h th ng ñi n Vi t Nam nói chung và Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa nói riêng. Nghiên c u các h th ng tích h p ñi u khi n, t ñ ng, thông tin c a các hãng ABB, SIEMENS, AREVA, SEL v quá trình ñi u khi n và giám sát d li u v n hành. Nghiên c u các ph n m m ng d ng và các giao th c k t n i, trao ñ i d li u gi a máy tính và thi t b ngo i vi. 4. Phương pháp nghiên c u Đ gi i quy t các m c tiêu nêu trên, lu n văn ñưa ra phương pháp nghiên c u như sau: - Tìm hi u hi n tr ng, thu th p s li u các tr m bi n áp trong h th ng ñi n Vi t Nam, ñi n hình là các tr m bi n áp thu c Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa qu n lý. - Phân tích ñánh giá kh năng ng d ng công ngh ñi u khi n ñ c i t o, nâng c p các TBA thi t k ki u truy n th ng thành h th ng ñi u khi n và giám sát v n hành t xa. 5 - Nghiên c u công ngh ñi u khi n và các ph n m m ng d ng, phân 6 Hi n nay, các máy c t s d ng lư i truy n t i ch y u là lo i tích l a ch n công ngh và ph n m m ñ s d ng cho ñ tài. máy c t SF6; các máy c t không khí và máy c t d u - Áp d ng xây d ng h th ng ñi u khi n và giám sát v n hành cho cũng d n ñư c thay th b ng các lo i m i là máy c t SF6 ho c máy m t s tr m bi n áp ñi m hình thu c Công ty CP Đi n l c Khánh c t chân không c a các hãng như Alstom, Siemens, Abb, Areva… lư i phân ph i Các tr m bi n áp m i xây d ng g n ñây h u h t ñư c trang b Hòa. - Xây d ng chương trình ñi u khi n, giám sát và thu th p d li u v n các thi t b ñóng c t, thi t b b o v , ño lư ng th h m i và có th s hành cho TBA 110kV Bán Đ o Cam Ranh. d ng cho vi c ñi u khi n và giám sát v n hành t ñ ng. 5. C u trúc lu n văn 1.3. CÁC H TH NG ĐI U KHI N VÀ GIÁM SÁT V N Ngoài ph n m ñ u, n i dung c a ñ tài ñư c biên ch thành 4 HÀNH chương và các ph l c. B c c c a n i dung chính c a lu n văn g m: Song song v i các thi t b nh t th , các rơle b o v , h th ng Chương 1: Hi n tr ng các h th ng ñi u khi n và giám sát v n hành ñi u khi n tr m bi n áp cũng ñã ñư c ng d ng các công ngh m i, c a h th ng ñi n Vi t Nam. ñi u khi n tích h p như h th ng ñi u khi n LSA, SICAM SAS c a Chương 2: Nghiên c u công ngh h th ng tích h p ñi u khi n, t hãng Siemens; Micro SCADA, SCS/SMS c a hãng ABB; PACIS c a ñ ng, thông tin và các ph n m m ng d ng. hãng Areva hay @Station c a hãng SEL thay th cho h th ng ñi u Chương 3: Xây d ng chương trình ñi u khi n và giám sát v n hành khi n truy n th ng. cho các tr m bi n áp thu c Công ty CP Đi n l c Khánh Hòa. 1.4. CÔNG TÁC ĐI U Đ Chương 4: Áp d ng xây d ng h th ng ñi u khi n và giám sát v n 1.5. K T LU N hành t xa tr m bi n áp 110kV Bán Đ o Cam Ranh. H TH NG ĐI N VI T NAM - Đ i v i các tr m bi n áp 110kV trên ñ a bàn t nh Khánh Hòa, CHƯƠNG 1 h u h t các máy c t 110kV ñ u ñư c trang b máy c t khí SF6, các HI N TR NG CÁC H TH NG ĐI U KHI N VÀ GIÁM SÁT dao cách ly ña ph n khi s a ch a thay th ñ u có truy n ñ ng b ng V N HÀNH C A H TH NG ĐI N VI T NAM ñ ng cơ, các thi t b b o v , ño lư ng cũng d n thay th b ng thi t b 1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI N C A H TH NG ĐI N VI T NAM s , hoàn toàn có th c i t o, nâng c p ñ chuy n thành tr m bi n áp tích h p và thao tác xa. Do y u t l ch s cũng như ñ a lý, h th ng ñi n Vi t Nam ñư c - H th ng SCADA ki u truy n th ng thu th p d li u và truy n chia thành ba h th ng ñi n mi n, mi n B c, mi n Trung, mi n Nam. tin ch y u thông qua RTU là phương pháp k t n i d a trên n n t ng 1.2. HI N TR NG CÁC THI T B ĐÓNG C T TRONG H ñư ng truy n có t c ñ th p như qua modem dial-up, t i ba, hay các TH NG ĐI N VI T NAM ñư ng truy n d a trên giao ti p serial (kênh âm t n giao di n 4W, 7 8 kênh s li u giao di n V24-RS232) [8] nên r t h n ch v nhu c u d li u ñi u khi n và giám sát v n hành. H th ng tích h p tr m trên cơ s m t h th ng máy tính ñư c s d ng ñ t p h p các h th ng ho t ñ ng ñ c l p, ch ng h n như h - Công tác ñi u khi n và giám sát v n hành ñ u do nhân viên v n th ng SCADA, thông tin liên l c, rơle b o v , ñi u khi n thi t b hành thao tác t i ch nên th i gian thao tác cũng như th i gian khôi ñi n, ño lư ng, báo s c , ñi u khi n t ñ ng h th ng phân ph i, ph c khi x y ra s c ch m. S lư ng nhân viên v n hành ñông, r t ñưa vào m t h th ng lưu tr d li u, ñi u khi n và giám sát th ng lãng phí nhân l c, gi m năng su t lao ñ ng. Công tác l p báo cáo, nh t trong tr m. th ng kê còn nh l , không có ñ cơ s d li u ñ quy t ñ nh k 2.2. C U TRÚC C A H TH NG TÍCH H P ho ch b o dư ng thi t b ho c l p quy ho ch. 2.2.1. - Công ngh ñi u khi n và giám sát v n hành b ng máy tính m c d u ñư c s d ng khá ph bi n các nư c trên th gi i nhưng công ngh này chưa ñư c áp d ng nhi u Vi t Nam do có khó khăn v Giao di n ngư i dùng Ph n m m hi n th các c a s thông tin mà t ñó các k thu t viên, nhân viên v n hành có th s d ng ñ v n hành h th ng. Các c a s thông tin ñư c phân thành l p, càng vào sâu thông tin cung kinh phí l n công ngh ; h u h t công ngh ñã ñư c áp d ng t i các c p càng chi ti t ñáp ng nhu c u v n hành t i tr m [7], [10]. tr m bi n áp có xu t x t nư c ngoài do ñó giá thành cao và chuy n 2.2.1.1. Các màn hình hi n th sơ ñ m t s i tr m giao công ngh còn g p nhi u khó khăn, không làm ch ñư c công 2.2.1.2. Các màn hình hi n th giá tr ño ngh d n ñ n b ñ ng và lúng túng khi x y ra bi n c nào ñó trong 2.2.1.3. Các màn hình c nh báo v n hành cũng như quá trình m r ng phát tri n ngăn l trong tr m 2.2.2. bi n áp. 2.2.2.1. Cơ s d li u tr c tuy n Qua quá trình tìm hi u và phân tích trên ñây tác gi nh n th y r ng c n ph i nghiên c u xây d ng và ñ xu t ng d ng m t công ngh ñi u khi n tích h p phù h p nh t v i h th ng ñi n Vi t Nam và t nh Khánh Hòa nói riêng. Kho d li u 2.2.2.2. Cơ s d li u quá kh 2.2.3. Máy tính ch c a tr m Sau khi nghiên c u c u trúc h th ng tích h p tr m bi n áp, tác gi có th tóm t t nguyên lý k t n i thành 3 b ph n chính như hình 2.4. CHƯƠNG 2 NGHIÊN C U CÔNG NGH H TH NG TÍCH H P ĐI U KHI N, T Đ NG, THÔNG TIN VÀ CÁC PH N M M NG D NG 2.1. GI I THI U V H TH NG TÍCH H P Máy tính X lý d li u Thi t b ngo i vi Hình 2.4. Nguyên lý k t n i cơ b n h th ng tích h p 9 10 - Máy tính là m t h th ng các máy tính như: máy tính giao di n 2.3.2. H th ng thông tin sóng vi ba ngư i dùng ñ thu th p các giá tr tương t (analog) và các thay ñ i 2.3.3. H th ng thông tin t i ba tr ng thái trong t n su t thu th p d li u theo quy trình v n hành bao 2.3.4. H th ng cáp quang ñi n l c g m d li u t t t c các ngăn máy c t ñư ng dây, máy bi n áp, t , 2.3.5. H th ng leased – line thuê bao riêng. phân ño n và các rơle b o v , thi t b ño lư ng…, cho phép ngư i 2.3.6. H th ng Internet ADSL/IP v n hành truy c p ñi u khi n thi t b và giám sát thông s v n hành; 2.3.7. H th ng di ñ ng GPRS, CDMA máy tính ñ tinh ch nh, c u hình h th ng và l p báo cáo; máy tính 2.4. CÁC GIAO TH C TRUY N D LI U PH BI N lưu tr d li u t i ch g m các d li u quá kh mà có th truy c p Sau khi nghiên c u các giao th c truy n d li u gi a các thi t b qua giao di n SQL, ODBC…, có các công c ñ xu t d li u ra d ng IED c a các hãng s n xu t thi t b , tác gi nh n th y có các d ng giao file văn b n theo chu n ASCII, Microsoft Excel ho c các ñ nh d ng th c truy n d li u như sau [15], [16]. c n thi t khác. 2.4.1. Giao th c IEC60870-5-101 - X lý d li u là các thi t b ño lư ng, b o v ho c kh i x lý c p 2.4.2. Giao th c IEC60870-5-104 ngăn BCU (Bay Control Unit), liên k t qua h th ng m ng v i kh i 2.4.3. Giao th c DNP3.0 x lý c p tr m RTU (Remote Terminal Unit) ho c liên k t tr c ti p 2.4.4. Giao th c Modbus Serial/TCP ñ n máy tính ch c a tr m. Kh i x lý d li u k t n i tr c ti p ñ n 2.4.5. Giao th c ICCP/TASE.2 các thi t b ngo i vi (máy c t, dao cách ly, bi n ñi n áp, bi n dòng 2.4.6. Giao th c IEC61850 ñi n…) chuy n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s , ti p nh n 2.5. B O V VÀ ĐI U KHI N TR M THEO IEC61850 thông tin và g i tín hi u trao ñ i gi a máy tính và thi t b ngo i vi 2.5.1. T ng quan V cơ b n các thi t b trong TBA ñư c chia thành 2 lo i: thông qua c ng giao ti p (RS232, RS485, Ethernet…) - Thi t b ngo i vi là các thi t b nh t th như các t máy c t h p b thi t b sơ c p và thi t b th c p. Các thi t b sơ c p bao g m: máy kèm bi n dòng ñi n, bi n ñi n áp trong nhà; máy c t, dao cách ly, bi n áp, máy c t, dao cách ly. Các thi t b th c p bao g m: thi t b máy bi n dòng ñi n, máy bi n ñi n áp ngoài tr i…. b o v , ñi u khi n, ño lư ng và các thi t b thông tin. 2.3. CÁC KÊNH TRUY N THÔNG Sau khi nghiên c u, tìm hi u các kênh truy n thông, ñ th c hi n Theo tiêu chu n IEC 61850, các thi t b th c p c a TBA ñư c s p x p theo 3 m c: m c tr m (Station Level), m c ngăn l vi c ño lư ng và ñi u khi n xa ta có th s d ng các h th ng truy n (Bay Level) và m c quá trình (Process Level). tin sau ñây [5], [15]. 2.5.2. 2.3.1. H th ng thông tin sóng vô tuy n Phân b logic c a các ch c năng và giao di n. 11 12 Các ch c năng c a h th ng tr m tích h p bao g m ba m c khác nhau: M c tr m, m c ngăn l và m c quá trình. M c quá trình (Process Level) là t t c các tính năng giao di n ñ x lý. Nh ng ch c năng này truy n thông qua giao di n logic 4, 5 ñ n m c ngăn l . M c ngăn (Bay/Unit Level) là các ch c năng s d ng d li u c a m t ngăn và tác ñ ng ñ n thi t b nh t th c a ngăn ñó. Nh ng ch c năng này truy n thông qua giao di n logic 3 bên trong m c ngăn và giao di n logic 4, 5 ñ n m c quá trình. M c tr m (Station Level) có hai lo i: Quá trình liên k t các ch c năng m c tr m (Process related station level functions) là các ch c năng s d ng d li u c a nhi u Hình 2.7. Mô hình các giao di n và các ch c năng c a h th ng ngăn ho c c a toàn tr m, tác ñ ng ñ n thi t b nh t th c a ngăn ñó tích h p ho c c a toàn tr m. Các ch c năng này truy n thông ch y u qua giao di n logic 8. Giao di n liên k t các ch c năng m c tr m (Interface related station level functions) là các ch c năng bi u di n giao di n c a h th ng tích h p t i ngư i v n hành tr m HMI (Human Machine Interface), trung tâm ñi u khi n xa TCI (TeleControl Interface). Nh ng ch c năng này truy n thông qua giao di n logic 1, 6 t i m c ngăn và qua giao di n logic 7 ra bên ngoài. Hình 2.8. C u hình truy n thông cơ b n h th ng tr m tích h p v i giao th c IEC61850 14 13 2.5.3. Nút logic và liên k t logic 2.5.3.1. Khái ni m lý, an toàn thi t b và h th ng, các nút logic thi t b nh t th xem ph l c 3. Đ i tư ng chính c a tiêu chu n IEC61850 là thi t k h th ng thông tin có kh năng cung c p s tương ñ ng gi a các thi t b t các nhà s n xu t khác nhau, ñ ph i h p th c hi n cùng m t ch c 2.5.3.2. ng d ng nút logic 2.6. K T LU N V i gi i pháp xây d ng tr m tích h p hi n nay theo quy ñ nh năng. Trên cơ s ñó, mô hình d li u ñ i tư ng c a tiêu chu n s IEC61850, có ưu ñi m c a chu n truy n thông TCP/IP Enternet, giao chia các ch c năng c a tr m thành nh ng ch c năng con, nh ng ch c th c IEC 61850 có hi u năng làm vi c cao, x lý thông tin ñ t t c ñ năng con này ñư c ñ nh nghĩa là các nút logic (Logical Nodes –LNs). 100Mbps và ñơn gi n trong vi c th c hi n k t n i trên m ng LAN Các nút logic ñư c liên k t b i các k t n i logic (Logical Connections-LCs) ñ trao ñ i riêng d li u gi a các nút. gi a máy tính, các thi t b ñi n t thông minh và modem truy c p t xa. Do ñó c n thi t ph i xây d ng h th ng tích h p ñi u khi n và giám sát v n hành tr m bi n áp theo công ngh m i và th c hi n thao tác xa. Có th tóm lư c l i ích c a vi c xây d ng tr m tích h p hai m t thi t k và qu n lý v n hành. CHƯƠNG 3 XÂY D NG CHƯƠNG TRÌNH ĐI U KHI N, GIÁM SÁT V N HÀNH CHO CÁC TBA THU C CÔNG TY C PH N ĐI N L C KHÁNH HÒA Hình 2.9. Nút logic và liên k t M t nút logic ñư c xác ñ nh b i ch c năng (Function-F) và thi t b v t lý (Physical Device-PD). Các nút logic ñư c liên k t v i nhau b i các k t n i logic (LC). Liên k t gi a các thi t b v i nhau b ng các liên k t v t lý (Physical Connections-PC). Thi t b v t lý PDs có th bao g m m t s thi t b logic khác nhau, kèm theo ñó thi t b v t lý s ñư c xác ñ nh b ng m t ñ a ch m ng (IP address) c th . T p h p các nút logic trong IEC61850 bao g m: các nút logic ch c năng b o v , các nút logic ñi u khi n, nút logic thi t b v t 3.1. NGUYÊN T C CHUNG XÂY D NG CÁC TR M BI N ÁP TRUY N TH NG THÀNH TBA ĐI U KHI N TÍCH H P - Gi nguyên các thi t b nh t th như Máy bi n áp, máy c t, dao cách ly, máy bi n ñi n áp, máy bi n dòng ñi n, các t máy c t h p b . Ngo i tr m t s TBA có dao cách ly không có ñ ng cơ truy n ñ ng thì ph i thay m i ho c b sung có ñ ng cơ truy n ñ ng cho m c ñích ñi u khi n xa. - Gi nguyên các thi t b ño lư ng b o v có c ng truy n thông v i các giao th c tương thích UCA2, Modbus TCP, DNP TCP, IEC 870-