đề tài thiết kế hệ thống tự động hóa trạm biến áp 110kv sử dụng rtu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

TIỂU LUẬN
MÔN: SCADA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP
TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110KV SỬ DỤNG RTU

Người hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoàng Việt
Th.S Nguyễn Tuấn Linh
Nhóm thực hiện : Đỗ Thị Ánh Tuyết
Đỗ Thị Vân
Lớp : Cao học SPKT ĐIỆN


Hà Nội, tháng 7 - 2010
MỤC LỤC
CHƯƠNG 2 9
XÂY DỰNG CẤU HÌNH SCADA 9
CHO HỆ THỐNG TRẠM 110KV SỬ DỤNG RTU 9
LỜI NÓI ĐẦU
Để nâng cao chất lượng và đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện Việt
Nam đang được đầu tư xây dựng và phát triển ngày càng nhiều các đường
dây và trạm biến áp(TBA), cũng như không ngừng mở rộng các TBA đã đầu
tư xây dựng trước đây như đầu tư xây dựng các máy biến áp(MBA) số hai và
các xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện đảm bảo sự
tăng trưởng của phụ tải. Mặt khác hệ thống điện Việt Nam ngày càng được
hiện đại hóa bằng các thiết bị hiện đại, các thiết bị lạc hậu trước đây dần được
thay thế bằng các thiết bị hiện đại, được sản xuất theo công nghệ mới có chất
lượng và độ tin cậy cao hơn.

Hiện nay đa số các TBA có cấp điện áp 110kV, 220kV và 500kV đều
được đầu tư đồng bộ hệ thống SCADA. Các trạm biến áp 500kV, 220kV mới
và một số TBA 110kV được đầu tư hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy
tính để phục vụ việc giám sát và điều hành lưới điện từ các Trung tâm điều
độ Miền và Trung tâm điều độ Quốc Gia.
Với lưới điện phức tạp việc vận hành lưới điện sẽ ngày càng khó khăn
hơn khi mật độ các trạm biến áp ngày càng nhiều hơn, việc đảm bảo tính ổn
định hệ thống khó hơn, mặt khác do nhu cầu của phụ tải đòi hỏi chất lượng
điện năng ngày càng cao. Do đó việc đầu tư nâng cấp các Hệ thống
SCADA/EMS cũng như các trạm điện được trang bị hệ thống tự động hóa là
cần thiết.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP
1.Khái niệm về hệ thống SCADA
Là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory
Control And Data Acquisition-SCADA). SCADA là một công cụ tự động hóa
trong nhiều lĩnh vực, dùng kỹ thuật vi xử lý - PLC/RTU (Programmaple
Logic Controller/ Remote Terminal Unit), để trợ giúp việc điều hành kỹ thuật
ở các cấp trực điều hành các hệ thống tự động công nghiệp cũng như hệ
thống điện. Hệ thống này cung cấp cho người vận hành những thông tin quan
trọng của đối tượng cần quan tâm và cho phép thực hiện các lệnh điều khiển
cần thiết về phía đối tượng để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và có
hiệu quả.
SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển chung
của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông, tin
học Từ những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát triển
đi vào xu hướng tự động hóa. Việc sản xuất thủ công được thay thế dần ở các
xí nghiệp công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ thông tin, đặc biệt sự
phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ thống
tự động hóa điều khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là một

công cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ việc
quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và phân
phối điện năng trong Điện lực
Sau khi chuyển sang cơ chế thị trường, đất nước mở cửa quá trình công
nghiệp tự động hóa bắt đầu, các nhà máy xí nghiệp xây dựng đều được ưu
tiên về công nghệ tiên tiến và hệ thống SCADA - công cụ của tự động hóa
cũng được phát triển rộng, lắp đặt ở nhiều nhà máy, xí nghiệp công nghiệp
sản xuất chất lượng cao.
Công nghệ SCADA ở nước ta, do nhập thiết bị của nhiều nước công
nghiệp tiên tiến nên nó rất đa dạng về mẫu mã, cấu trúc, về chuẩn và chủng
loại. Nhưng là một hệ thống công nghiệp mới nên hệ thống SCADA phần lớn
cũng là hệ theo chuẩn công nghiệp chung. Hiện nay SCADA không thể thiếu
được cho việc sản xuất tự động ở xí nghiệp công nghiệp cần độ chính xác và
tự động hóa cao.
Để đáp ứng với khả năng phát triển chung của nền kinh tế, hệ thống
điện đóng vai trò chủ đạo không những thúc đẩy nền kinh tế mà còn đảm bảo
an ninh, chính trị, quốc phòng. Vì vậy việc sử dụng SCADA trong hệ thống
điện Việt Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình
huống một cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế phát triển.
2. Chức năng của trạm
Thu thập dữ liệu từ : thiết bị đóng cắt, các thiết bị đo lường như biến
dòng điện, biến điện áp và các thao tác điều khiển đóng cắt các thiết bị.
Các thông tin liên quan của một trạm điện có thể truy cập tại chỗ
thông qua giao diện người máy –HMI (Human Machine Interface) cho mục
đích điều khiển và giám sát tại chỗ.
3. Chức năng chung của hệ thống SCADA
Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số
liệu về sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường
truyền số liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ.
- Dùng các cơ sở số liệu đó: Để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám

sát hệ thống điện.
- Hiển thị các trạng thái về quá trình hoạt động của thiết bị điện, hiển thị đồ
thị, hiển thị sự kiện, báo động, hiển thị báo cáo sản xuất.
- Thực hiện điều khiển từ xa quá trình Đóng /Cắt máy cắt, dao cách ly, dao
tiếp địa, thay đổi các giá trị của đầu phân áp máy biến thế, đặt giá trị của
rơle
- Thực hiện các dịch vụ: Về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài hệ, việc đọc
viết số liệu lên PLC /RTU, trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu,
về thao tác.
- Một hệ SCADA kết hợp phần cứng lẫn phần mềm vi tính để tự động hóa
việc điều khiển giám sát cho một đối tượng trong hệ thống điện .
- Với một hệ thống thì yêu cầu việc xây dựng hệ SCADA (cho hệ thống điện)
thực hiện một trong số những nhiệm vụ tự động hóa sau:
+ Thu thập - Giám sát từ xa
+ Điều khiển Đóng /Cắt từ xa
+ Điều chỉnh tự động từ xa
+ Thông tin từ xa của các đối tượng và các cấp quản lý
Mỗi chức năng trên đều có những yêu cầu đặc biệt cho từng bộ phận,
phần cứng, phần mềm chuyên dụng của hệ thống SCADA. Cụ thể là:
- Phần đo - Giám sát xa: Cần đảm bảo thu thập, lưu giữ, hiển thị, in ấn, đủ
những số liệu cần cho quản lý kỹ thuật.
- Phần điều khiển thao tác xa: Phải đảm bảo được việc kiểm tra Đóng /Cắt an
toàn, tin cậy.
4. Hệ thống SCADA /EMS bao gồm các thành phần chính như sau:
Hệ thống Máy tính chủ đặt tại các Trung tâm Điều độ hệ thống điện
(Điều độ hệ thống điện Quốc Gia, Điều độ hệ thống điện Miền, Điều độ hệ
thống điện lưới phân phối) bao gồm các thiết bị như sau:
- Máy tính chủ SCADA.
- Máy tính chủ giao diện người dùng MMI (Man Machine Interface).
- Máy tính chủ liên kết dữ liệu ICCP (Inter Control Center Protocol).

- Máy tính chủ Lưu trữ dữ liệu HIS (Historical Information System).
- Máy tính chủ Mô phỏng đào tạo điều độ viên theo thời gian thực DTS
(Dispatcher Training Simulator) và Hệ thống phát triển DS
(Development System).
- Máy tính chủ ứng dụng (Application Server)
- Các Trạm làm việc (Workstation PC).
- Hệ thống hiển thị VPS (Video Projector System).
- Thiết bị tiền xử lý thông tin CFE (Communication Front End
Proccessor).
- Thiết bị tập trung Modem.
- Hệ thống thu nhận và phân phối tín hiệu đồng bộ về tinh GPS (Global
Position System)
Toàn bộ các thiết bị trên được kết nối thông qua một hệ thống mạng cục
bộ LAN (Local Area Network), hệ thống đều được trang bị cấu hình dự
phòng nóng 1+1. Bus Ehernet chính vận hành ở tốc độ 100Mbit/s, bus dự
phòng vận hành ở tốc độ 10Mbit/s
Hệ thống SCADA tại Trung tâm sẽ kết nối với các RTU ở các trạm biến áp
sử dụng giao thức truyền tin IEC 870-5-101 master. Đồng thời kết nối với Hệ
thống SCADA /EMS của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia bằng
giao thức ICCP.
5. Thiết bị đầu cuối tại trạm
Thiết bị đầu cuối tại trạm có thể là thiết bị RTU hoặc một hệ thống tư
động hóa trạm hoặc có thể là một máy tính công nghiệp thu thập dữ liệu và
điều khiển toàn bộ các thông số vận hành của trạm.
Trong trường hợp sử dụng thiết bị đầu cuối RTU, Tại mỗi trạm gồm các
thiết bị chính như sau:
- Tủ thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit), chứa các đầu vào
số, đầu ra số, đầu vào tín hiệu tương tự, các cổng giao diện tín hiệu nối tiếp
để kết nối đến các IED (rơ le số hoặc các thiết bị điện tử thông minh khác
như các bộ cảnh báo-annunciator, các PLC, )

- Tủ giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubicle), chủ yếu lắp
đặt các bộ biến đổi trung gian (các transducer để biến đổi các giá trị điện áp,
dòng từ các biến điện áp, biến dòng, bộ chỉ báo vị trí nấc phân áp về thành tín
hiệu dòng có trị số phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật của đầu vào tín iệu tương tự)
và các rơ le trung gian để lặp lại trạng thái thiết bị điện (cho mục đích giám
sát), các rơ le trung gian để điều khiển các thiết bị điện.
- Các modem V.24/V.28, V35 để kết nối các RTU hoặc các Hệ thống tự
động hóa đến đường truyền viễn thông (có thể là đường truyền sử dụng hệ
thống thông tin quang, hệ thống thông tin vi ba, hệ thống thông tin tải ba)
- Và các thiết bị ngoại vi khác.
RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận
dữ liệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến,
các đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành
biết trạng thái hoạt động của các thiết bị hiện trường. Mặt khác, nó nhận lệnh
hay tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu.
Thông thường các RTU lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó
và đợi yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu. Tuy nhiên, ngày nay các RTU
hiện đại có các máy tính và PLC có thể thực hiện điều khiển trực tiếp qua các
địa điểm từ xa mà không cần định hướng của MTU.
RTU : Không thực hiện các chức năng tại chỗ và thông tin lên trung tâm
giám sát và điều khiển từ trung tâm
Ở mỗi trạm, RTU chỉ là một thiết bị giao tiếp giữa hệ thống quản lý
mạng và các thiết bị đóng cắt. RTU bao gồm nhiều đầu vào/ra, gần như nó
không thực hiện các chức năng tại chỗ mà chỉ thông tin đến các trung tâm
điều khiển ở xa. RTU và các trung tâm điều khiển tạo nên hệ thống SCADA,
để giám sát, điều khiển và quản lý hệ thống điện từ xa bởi sự can thiệp của
con người. Nó cung cấp thông tin theo thời gian thực (thông tin tín hiệu
tương tự và tín hiệu số) cũng như các thông tin quá khứ cho người vận hành
và hỗ trợ người vận hành quyết định việc điều khiển giám sát hiệu quả.
CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG CẤU HÌNH SCADA
CHO HỆ THỐNG TRẠM 110KV SỬ DỤNG RTU
1. Sơ đồ nối điện chính của trạm của trạm biến áp 110kV Hàm Yên, Bắc
Quang
s¬ ®å tr¹m 110kv B¾c Quang ( E22.3)
B22
T1
115+9x1.78%/38.5+2x2.5%/23kV
MBA T1: 16MVA
Kh¸nh Hoµ Hµ Giang
171 E22.2 171 E22.1
04 - E22.3 - §MB - PT - 04/2003
1.1. Khái quát
Trạm biến áp 110kV Hàm Yên – Bắc Quang hiện có 2 xuất
tuyến 110kV:
1 xuất tuyến đi trạm Khánh Hòa
1 xuất tuyến đi trạm Hà Giang
Trạm có máy biến áp T1 16MVA
- Phía 110kV gồm:
+ Máy cắt
+ Dao cách ly.
+ Chống sét van
+ Dây dẫn
Nhìn chung, các thiết bị 110kV đã quá cũ (trừ máy cắt),
khó thao tác, không đảm bảo tiêu chuẩn vận hành lâu dài và
cần được thay thế.
Mục đích của chương này là nêu những yêu cầu cần thiết đối với thiết
bị nhất thứ của một trạm điện được trang bị hệ thống tự động hóa trạm, đồng
thời chương này cũng đề xuất giải pháp công nghệ mới cho các thiết bị biến
dòng và biến điện áp nhằm đáp ứng yêu cầu đo đếm và bảo vệ ngày càng

chính xác qua đó phục vụ tốt hơn trong đo đếm, cũng như trong bảo vệ, do đó
ghi nhiễu loạn trên hệ thống sẽ được thể hiện rõ hơn, phục vụ tốt cho các
chương trình phân tích hệ thống. Nhờ có các biến dòng và biến điện áp sử
dụng công nghệ mới việc định vị sự cố sẽ chính xác, giúp cho công tác tìm
kiếm điểm sự cố sẽ nhanh chóng.
Một trạm tự động hóa với thiết bị nhất thứ cũng phải tuân theo những
nguyên tắc thiết kế chung của một trạm thông thường gồm các thiết bị chính
như sau:
- Máy cắt.
- Dao cách ly và dao tiếp địa
- Các biến điện đo lường như Biến điện áp, Biến dòng điện
- Chống sét.
- Máy biến áp lực.
Để điều khiển đóng cắt các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, điều
khiển nấc phân áp hệ thống SAS có thể sử dụng một trong hai giải pháp: Sử
dụng giải pháp cổ điển như thiết bị RTU là sử dụng các đầu ra số (Digital
Output) của thiết bị tập trung dữ liệu, kết nối đến các rơ le trung gian lệnh có
tiếp điểm song song với tiếp điểm điều khiển các thiết bị trên
Thiết bị SCADA cụ thể là RTU được coi là thiết bị nhị thứ, thu thập tín
hiệu từ hệ thống đo lường, bảo vệ, điều khiển và tác động nên HT điều khiển
của trạm
Các dữ liệu trạng thái từ các rơ le trung gian được đưa vào các đầu vào
số của RTU, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng
điện và điện áp được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến
đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU. Tại RTU dữ liệu
được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi về trung tâm điều độ.
1.2. Các tín hiệu của ngăn lộ cấp điện áp 110kV
 Tín hiệu chỉ vị trí, trạng thái (Đầu vào số):
- Trạng thái của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa: Đóng/Cắt.
- Tín hiệu về vị trí của khóa Local/Remote(Local/Supervise)

 Các cảnh báo, báo động bao gồm có (Đầu vào số):
- Khi bảo vệ tác động: Quá dòng, so lệch, chạm đất.
- Khi máy cắt không sẵn sàng làm việc.
- Sự cố với rơle bảo vệ.
 Các giá trị đo lường công suất (Đầu vào tương tự): P, Q.
 Các lệnh điều khiển đối với máy cắt 110kV (Đầu ra số): Đóng/Cắt.
2. Bảng Datalist
DANH MỤC DỮ LIỆU TRẠM 110kV HÀM YÊN BẮC QUANG
Kiểu Data ID No Data Type

Signal Name
Common S/S
Bus Bar
Bus Bar
Feeder
Feeder
Feeder
Feeder
Feeder
Feeder
Transformer

Bay Reference (Mark of CB)

C11
C12
171
172
173
174

331
431

Analog input
kV_1P 1 kV 4 1 1 1 1
kV_3Ph 2 kV 4 1 1 1 1
MW 3 MW 6 1 1 1 1 1 1
MVar 4 MVar 6 1 1 1 1 1 1
Tap_Ch 1 Position 1 1
Temp 2 Temperature 2 2

Tổng số Analog input giám sát 23 1 1 3 3 3 3 3 3 3
Số tín hiệu dự phòng ở RTU 7
Tổng số tín hiệu Analog ở RTU 30
Digital input
Bit
Fault 1 220/380VAC 1
Fault 1 Battery 1
Fault 1 Power supply 1
Fault 1 48VDC 1
Fault 1 220VDC 1
Fault 1 Communication 1
Alarm1 8 Active Relay1 1 1 1 1 1 1 1 1
Alarm2 4 Active Relay2 1 1 1 1
Trip 12 Main Protection 1 2 2 2 2 1 1 1

Trip 96 1 Transfo Buchloz 1
Alarm 96 1 Transfo Buchloz 1
Trip 26Q 1 Transfo Oil Temp 1
Alarm 26Q 1 Transfo Oil Temp 1

Trip 26W 1 Transfo Winding Temp 1
Alarm 26W 1 Transfo Winding Temp 1
Tổng số Digital Input cho
Alarm_Trip: 36 6 2 0 4 4 4 4 2 2 8
Bit
CB Open status 8 Circuit Breaker 1 1 1 1 1 1 1 1
CB Close status 8 Circuit Breaker 1 1 1 1 1 1 1 1
LS Open status 12 Line Switch 1 1 2 2 2 2 2
LS Close status 12 Line Switch 1 1 2 2 2 2 2
ES Open status 21 Earth Switch 1 1 4 4 4 4 3
ES Close status 21 Earth Switch 1 1 4 4 4 4 3
Tổng số Digital Input cho CB
Status: 82 6 4 14 14 14 14 2 2 12
Tổng số Digital Input giám sát 118 7
Số Digital Input dự phòng ở
RTU 42 26 4.3
Tổng số tín hiệu Digital Input ở
RTU 160 144
Digital Out
Bit
CB Open 8 Circuit Breaker 1 1 1 1 1 1 1 1
CB Close 8 Circuit Breaker 1 1 1 1 1 1 1 1
ATC Raise 1 1
ATC Low 1 1
Tổng số Digital Output: 18 2 2 2 2 2 2 2 4
Số Digital Output dự phòng ở
RTU 6
Tổng số tín hiệu Digital Output
ở RTU 24
Ký hiệu: 171 Hàm Yên

173 Hà Giang cũ
174 Trạm cắt khánh Hoà
172 Hà giang 2
3. Lựa chọn Modun BI, BO, AI, CPU, PSU
- CMU 04 có
4 cổng truyền tin nối tiếp
1 cổng internet
Bộ nhớ trong 128MB
Có khả năng cấu hình, lập trình web server
Có thể lập trình bằng PLC
- Nguồn PSU 02
Đầu vào: 48 220 VDC
Tổng sản lượng 80W, 5VDC: 0A…15 A và 24 VDC: 0 0,7 A
Cho phép chạy 2 nguồn cùng lúc
2 PSU 02 + 2 CMU 04 + crack có vai trò là NIM
- I/0 (Binary Input Board 23BE21/23)
16 kênh đầu vào nhị phân
một module cho tất cả các loại tín hiệu đầu vào nhị phân (chỉ
duy nhất, chỉ hai điểm, các giá trị số đo, đếm)
điện áp đầu vào 24 60 VDC
có cách ly quang
- BO (Binary Output Supervision Board 23BA22 ) có phản hồi ( giám sát đầu
ra), bản chất là BO ( 23BA20 ) + BI
- AI (Analog Input Board 23AE21/23)
đầu vào hiện tại + -2 mA, + -5 mA, + -10 mA, + -20 mA
điện áp đầu vào + - 2 VDC, 0 20 VDC
Dùng lấy cấp tín hiệu đo lường ( chuẩn hóa )
- AO (Analog Output Board 23AA20 ) có 2 kênh
- Bộ chuyển đổi quang điện 230K24: có khả năng hỗ trợ chuyển đổi từ các
thiết bị nhất thứ về NIM.

Chọn ngăn lộ 173-174 của trạm Hàm Yên Bắc Quang ta có bảng dữ
liệu sau ( bảng tính thỏa mãn điều kiện dự phòng tối thiểu 20% theo quy định
của EVN)
Số lượng 173- 174 Số lượng card Dự phòng
AI 6 1x23AE21
(8 kênh)
2
BI 42 4x23BE21
( 16 kênh)
22
BO 4 1x23BA20
(16 kênh)
12
Từ đó ta có cấu hình như sau:
PSU
02
PSU
02
CMU
04
CMU
04
AI BI BI BI BI BO
NCC2 ( Dự phòng)
NCC1( A1 trung tâm điều độ Miền Bắc)
Dự phòng