Hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.89 MB, 86 trang )
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS. PHAN XUÂN MINH
đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình để bắt đầu và hoàn tất luận văn này, em cũng xin
gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong viện Điện cũng như thầy cô trong chương
trình đào tạo sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Xin cảm ơn Ban giám đốc Truyền Tải Điện Miền Đông 1, Ban giám đốc công
ty Điện Lực Đồng Nai, các anh Điều Hành Viên ở các trạm Bàu Xéo, Long Thành,
Long Bình, Trung tâm Điều Độ Biên Hòa, trường Cao Đẳng Nghề Lilama 2 và các
bạn cùng khóa đã giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng xin cảm ơn Bà Xã, Con Gái cùng toàn thể thành viên trong gia đình
đã ủng hộ, động viên cũng như tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này
. Do thời gian có hạn, trình độ còn nhiều hạn chế, trang thiết bị dụng cụ phục vụ
nghiên cứu còn thiếu hoặc đang vận hành và mới mẻ nên trong quá trình làm luận
văn còn có nhiều thiếu sót, rất mong được sự chỉ dạy của quý thầy cô, bạn bè và
đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện
Nguyễn Công Trang
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài :
“ Hệ thống giám sát và điều khiển trạm biến áp “
Là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép từ bất
cứ tài liệu nào đã được công bố. Công trình được thực hiện tại trạm biến
áp 110KV Bàu Xéo, trạm 220 KV Long Thành, trạm 220 KV Long Bình
và trung tâm Điều độ Biên Hòa Khu, Công ty Điện Lực Đồng Nai.
Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2012
Học viên
Nguyễn Công Trang
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA ...............................................3
1.1. Căn cứ để lập hệ thống Scada .......................................................................6
1.2. Đặc điểm công trình ......................................................................................7
1.3. Mục tiêu của hệ thống Scada .........................................................................7
1.4. Phạm vi của hệ thống Scada ..........................................................................8
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG SCADA ........................................9
2.1 HIỆN trạng hệ thống SCADA của các Trung tâm Điều độ ........................9
2.1.1. Trung tâm Điều độ - Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai ..................9
2.1.2. Trung tâm Điều độ HTĐ miền Nam (A2) ..................................................12
2.1.3. Trạm 110KV Bàu Xéo ................................................................................15
2.2. Giải pháp công nghệ cho hệ thống Scada ...................................................15
2.2.1. Yêu cầu kỹ thuật chung ..............................................................................15
2.2.2. Các yêu cầu về kiến trúc mạng, truyền tin, giám sát điều khiển và quản lý
dữ liệu ........................................................................................................................16
2.2.2.1. Kiến trúc mạng tại trạm ....................................................................16
2.2.2.2. Các Giao thức Truyền tin Tiêu chuẩn ..............................................18
2.2.2.3. Giám sát và Điều khiển .....................................................................18
2.2.2.4. Kho Thông tin Quá khứ với dung lượng lớn và truy cập qua Web...19
2.2.2.5. Tính tương tác và các tiêu chuẩn ......................................................19
2.2.2.6. Yêu cầu về khả năng bảo dưỡng .......................................................22
2.2.2.7. Bảo vệ chống xung và nhiễm điện ....................................................23
2.2.2.8 BCU...................................................................................................25
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
2.2.2.9. Mạng LAN (Local Area Network) .....................................................27
2.2.2.10. Hiệu năng hệ thống .........................................................................29
2.2.2.11. Nguồn cấp điện ...............................................................................30
2.2.2.12. Cáp đấu nối .....................................................................................30
2.2.2.13. RTU .................................................................................................31
2.3. Giải pháp kỹ thuật cho hệ thống SCADA .................................................32
2.3.1 Hệ thống truyền thông ..............................................................................32
2.3.2 Hệ thống SCADA ......................................................................................32
2.3.3 Hệ thống Local SCADA ............................................................................33
2.3.4. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết ...........................................................................34
2.3.4.1 Kiến trúc hệ thống SCADA cho trạm và số lượng tín hiệu tối thiểu.34
2.3.4.2. Thiết bị thông tin ...............................................................................35
2.4 Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển ...................................................41
2.4.1 Thu thập và xử lý dữ liệu (Data Acquistition and Processing) ..............41
2.4.2 Dữ liệu dạng analog ................................................................................42
2.4.3 Chỉ thị trạng thái .....................................................................................43
2.4.4 Nhập liệu bằng tay ..................................................................................43
2.4.5 Thông tin về trình tự của các sự kiện(SOE)............................................43
2.4.6 Hiển thị thông tin đo lường .....................................................................44
2.4.7 Điều khiển giám sát .................................................................................44
2.4.7.1 Mô tả tổng quát ................................................................................44
2.4.7.2 Chức năng điều khiển giám sát .........................................................46
2.4.8 Hệ thống quản lý và xử lý cảnh báo ........................................................46
2.4.8.1 Sự kiện có cảnh báo ...........................................................................47
2.4.8.2 Điều kiện cảnh báo và phân loại cảnh báo .......................................47
2.5 Các yêu cầu khác ...........................................................................................48
2.5.1 Thiết bị dự phòng .....................................................................................48
2.5.2 Các yêu cầu về thực hiện và đảm bảo chất lượng ...................................48
2.5.2.1 Quy trình và kế hoạch thử nghiệm nghiệm thu ................................48
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
2.5.2.2 Thử nghiệm xuất xưởng (FAT) ..........................................................49
2.5.2.3 Thử nghiệm nghiệm thu tại hiện trường (SAT) ...............................50
2.5.2.4 Phê chuẩn kết quả thử nghiệm .........................................................51
2.5.2.5 Tài liệu ..............................................................................................51
2.5.2.6 Đào tạo .............................................................................................51
2.5.2.7 Phần hệ thống RTU ...........................................................................52
2.5.2.8 Phần hệ thống Local SCADA (HMI) .................................................52
2.5.2.9 Phần thiết bị thông tin .......................................................................53
2.5.2.10 Phần mạng LAN ..............................................................................53
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG LOCAL SCADA
BẰNG PHẦN MỀM INTOUCH WONDERWARE ...................54
3.1 Cấu hình hệ thống SCADA cục bộ..............................................................54
3.1.1 Chọn máy tính giám sát HMI ...................................................................56
3.1.2 Lan Ethernet Switch .................................................................................57
3.1.3 Bộ lưu điện UPS >1KVA .........................................................................58
3.1.4 Bộ inverter 110VDC/220VAC ..................................................................58
3.1.5 GPS Time Receiver + anten ....................................................................59
3.1.6 Cáp serial, cáp mạng STP .......................................................................59
3.1.7 RTU .........................................................................................................59
3.2 Thiết kế HMI bằng phần mềm Intouch.......................................................62
3.2 Thiết kế HMI bằng phần mềm Intouch.......................................................62
3.2.1 Giải pháp phần mềm ................................................................................62
3.2.2 Giới thiệu phần mềm Wonderware Intouch: ...........................................65
3.2.3 Các bước cơ bản thiết kế dùng Wonderware Intouch: ............................66
3.2.4 Đồ thị xu hướng .......................................................................................74
3.2.5 Phần mềm khác. .......................................................................................75
KẾT LUẬN .............................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................77
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACSI
: Abstract Communication Service Interface
BCU
: Bay Control Unit
BTS
: Base transfer station
CBC
: Common Data Classic
DAC
: Data Acquisition and control
DCS
: Distributed Control System
DMS
: Document Management System
DNP
: Distributed Network Potocol
ĐNPC
: Dong Nai Power Company ( Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai )
EMS
: Expanded Memory Specification
GPS
: Global Positioning System
EVN
: ( ELECTRICAL OF VIET NAM )Tập đoàn Điện lực Việt Nam
HMI
: Human machine Interface
ICCP
: Intercontrol Center Communications Protocol
IEC
: International Electro Technical Commisson
IEDs
: Illetligent Electronic Device substation
IEEE
: Institute of Electrical and Electronic Engineers
I/O
: Input/Output
LAN
: Local Area Network
MCC
: Master Control Centers
NCC
: National Coordinating Center
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
CTP
: Cirritical Infrastructure Protection
NIM
: Network Interface Module
PCM
: Pulse Code Modulation (Thiết bị ghép kênh )
PLC
: Power Line Carrier
RTU
: Remote Terminal Unit
SAS
: Substation Automation System
SBO
: Select And Check Before Operate
SDH
: Synchronous Digital Hierachy ( Hệ thống phân cấp số đồng bộ )
SOE
: ghi nhận sự kiện tuần tự
SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition
SNTP
: Simple Network Transfer Protocol
TBA
: Trạm Biến Áp
UPS
: Uninterruptible Power Supplier
WAN
: Wide Area Network
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 0-1: Cấu trúc của tiêu chuẩn IEC 61850...........................................................21
Bảng 2-2: Các yêu cầu cách điện tối thiểu. ................................................................24
Bảng 2-3: Các yêu cầu về tính chống nhiễu, tính nhạy cảm. .....................................25
Bảng 2-4: Chỉ tiêu hiệu năng hệ thống SCADA trong FAT và SAT ........................29
Bảng 3-1: Sơ đồ khối của giao diện HMI ..................................................................63
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Kiến trúc mạng cho trạm 110kV..................................................... 17
Hình 2.2: Khả năng kết nối, mở rộng của RTU 560C .................................... 28
Hình 2.3: Khả năng kết nối I/O của RTU560 ................................................. 28
Hình 3.1: Hệ SCADA cho ngăn lộ 172 Long Khánh, MBA 2T ..................... 54
Hình 3.2: Ethernet Switch Linksys SD216 - 16 Port ......................................... 57
Hình 3.3: UPS SANTAK kiểu Rackmount C2KR ......................................... 58
Hình 3.4: Inverter Cloride loại SG7.5k3 ........................................................... 59
Hình 3.5: Thiết bị GPS và Anten đồng bộ NTS-6001 ....................................... 59
Hình 3.6: RTU 560A ....................................................................................... 60
Hình 3.7: Mặt sau RTU 560A.......................................................................... 61
Hình 3.8: Cửa sổ khởi động của Intouch ........................................................ 66
Hình 3.9: Cửa sổ khởi động của WonderWare Intouch.................................. 66
Hình 3.10: Giao diện thiết kế .......................................................................... 67
Hình 3.11: Cửa sổ cài đặt các thông số cơ bản ............................................... 67
Hình 3.12: Giao diện thiết kế với kính thước đã hiệu chỉnh ........................... 68
Hình 3.13: Cửa sổ Wizards ............................................................................. 68
Hình 3.14: Cửa sổ Symbol Factory ................................................................. 69
Hình 3.15: Giao diện thiết kế sơ đồ đơn tuyến ............................................... 70
Hình 3.16: Cửa sổ cảnh báo ............................................................................ 73
Hình 3.16: Cửa sổ đồ thị Trend....................................................................... 74
Hình 3.17: Cửa sổ đồ thị Historical Trend ...................................................... 75
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng phục vụ mọi lĩnh vực kinh tế, quốc
phòng và dân snh, là nền tảng cho sự phát triển của một quốc gia. Trong một hệ
thống điện tổng công suất của các trạm biến áp trong hệ thống xấp xỉ gấp 6 lần công
suất của toàn hệ thống do phải tăng điện áp để truyền tải điện rồi hạ xuống phù hợp
với phụ tải... nên số lượng máy biến áp rất nhiều. Để đáp ứng tốt hơn nhu cầu năng
lượng điện cho khách hàng về tính ổn định và chất lượng điện năng …đồng thời tiết
giảm nhân công, chi phí quản lý, bảo trì, bảo dưỡng v.v…thì tự động hóa trạm biến
áp, xây dựng hệ thống giám sát & điều khiển trạm biến áp (SCADA) tiến tới trạm
không người trực đang là xu hướng và giải pháp được nhiều nước tiến tiến thực
hiện và Việt Nam cũng không đứng ngoài xu thế này. Hiện nay, trên hệ thống điện
quốc gia, khi xây lắp các trạm biến áp mới hoặc cải tạo nâng cấp trạm cũ thì đều
thiết kế lắp đặt hệ thống SCADA nhằm từng bước thực hiện tự động hóa cho toàn
hệ thống. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân mà hệ thống SCADA tuy được đầu tư
rất tốn kém nhưng vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm hoặc chưa khai thác hiệu quả
các tiện ích của hệ thống này. Việc xây dựng hệ thống giám sát & điều khiển trạm
biến áp dựa trên các kinh nghiệm đúc kết của các công trình đã thực hiện, tư vấn
của các công ty tư vấn có uy tín cũng như áp dụng, đón đầu các công nghệ mới …
nhằm khắc phục các tồn tại đã nêu đẩy nhanh quá trình tự động hóa trạm là một
yêu cầu cấp thiết.
Đề tài : “Hệ thống giám sát & điều khiển trạm biến áp” với mục đích tìm
hiểu về nhiệm vụ, cấu hình và các chức năng của hệ thống SCADA khu vực, hệ
thống SCADA địa phương và tổng thể của một hệ thống tự động hoá cho một trạm
biến áp. Từ đó thực hiện bài toán thiết kế một hệ thống SCADA cục bộ cho hệ
thống tự động hoá trạm biến áp. Tổng hợp, đánh giá các tồn tại của hệ thống
SCADA hiện hữu.
1
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
Bố cục luận văn gồm 3 chương:
Chương 1 : Tổng quan hệ thống SCADA
Chương 2 : Các giải pháp cho hệ thống SCADA
Chương 3 : Thiết kế hệ thống LOCAL SCADA tại trạm 110KV Bàu Xéo
Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống SCADA của hệ thống
điện Việt Nam nói chung và của hệ thống điện miền Nam, cũng như của một trạm
biến áp nói riêng. Em đã hoàn thành luận được giao. Thành công này phải kể đến sự
giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động Điều khiển em
xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS. PHAN XUÂN MINH đã hướng dẫn và
chỉ bảo tận tình để bắt đầu và hoàn tất luận văn này, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến
các thầy, cô giáo trong viện Điện cũng như thầy cô trong chương trình đào tạo sau
đại học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2012
Học viên
Nguyễn Công Trang
2
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA
Hệ SCADA là một hệ thống mà các quá trình giám sát, điều khiển, cảnh báo,
lưu trữ số liệu, (được thực hiện tại trung tâm)…. Khi mới suất hiện, hệ thống điều
khiển tập trung này chỉ được ứng dụng trong những quy mô vừa và nhỏ nên đã
nhanh chóng gây được sự chú ý bởi chính những hiệu quả mà chúng mang lại.
Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ
thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử
lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông được chú trọng và phần cứng
được quan tâm nhiều hơn. Từ những năm gần đây, tiến bộ trong các lĩnh vực truyền
thông công nghiệp và công nghệ phần mềm thực sự đã đem lại nhiều khả năng và
giải pháp mới, theo xu hướng phát triển hiện đại, với khả năng phân tán có sẵn
trong hệ thống truyền thông ở cấp dưới (bus trường, bus xử lý) và ở cấp trên
(Ethernet), thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần
mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.
Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng về cơ bản chúng được chia
thành 4 nhóm với những tính năng sau:
-
SCADA độc lập và SCADA nối mạng:
-
SCADA không có chức năng đồ họa/SCADA có khả năng xử lý đồ họa
thông tin thời gian thực.
Hệ thống SCADA mờ.
Là hệ thống thu nhận, xử lý số liệu thu được bằng hình ảnh hoặc đồ thị, do
không có bộ phận giám sát nên hệ thống rất đơn giản và gía thành thấp.
Hệ thống SCADA xử lý đồ họa thông tin thời gian thực.
3
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
Là hệ thống giám sát thu nhận dữ liệu có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt
động của các hệ thống sản xuất nhờ các tập tin cấu hình của máy đã được khai báo
trước đó. Tập tin cấu hình sẽ ghi lại khả năng hoạt động của hệ thống, các giới hạn
không gian hoạt động, giới hạn về khả năng công suất làm việc của máy. Nhờ biết
trước khả năng làm việc của hệ thống, hoạt động của hệ thống sản xuất mà khi có
tín hiệu qua tải hay có vấn đề đột ngột phát sinh, hệ thống sẽ thông báo cho người
giám sát biết trước để họ can thiệp vào hoặc tín hiệu vượt quá mức hệ thống cho
phép hệ thống sẽ lập tức cho máy công tác ngừng hoạt động.
Hệ thống SCADA độc lập.
Là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ xử lý, thông thường loại
hệ thống này chỉ điều khiển một hoặc hai máy công cụ. Do khả năng điều khiển ít
máy công tác nên hệ thống sản xuất chỉ đáp ứng được cho việc sản xuất chi tiết,
không tạo nên được dây truyền sản xuất lớn.
Hệ thống SCADA mạng.
Là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều bộ xử lý có nhiều bộ phận
giám sát được kết nối với nhau thông qua mạng. Hệ thống này cho phép điều khiển
hỗn hợp được nhiều máy công tác hoặc nhiều nhóm tạo nên một dây chuyền sản
xuất tự động. Đồng thời hệ thống có thể kết nối với nơi quản lý nơi ra quyết định
sản xuất hay có thể trực tiếp sản xuất theo yêu cấu của khách hàng từ nơi bán hàng
hay từ phòng thiết kế. Do được nối mạng nên chúng ta có thể điều khiển từ xa các
thiết bị công tác mà điều kiện làm việc ở đó là nguy hiềm không cho phép con
người đến gần.
Có thể hình dung qóa trình tạo dựng một ứng dụng SCADA gồm hai công
việc chính:
Xây dựng màn hình hiển thị
Thiết lập mối quan hệ giữa các hình ảnh trên màn hình với các biến quá trình
Một hệ SCADA hiện đại bao gồm các thành phần sau:
4
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Các trạm điều khiển giám sát trung tâm.
• Các trạm thu thập dữ liệu trung gian.
• Hệ thống truyền thông.
• Các công cụ phát triển ứng dụng.
Các thành phần chức năng của hệ SCADA là:
• Giao diện người máy ( sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác…).
• Cơ sở truyền thông công nghiệp.
• Phần mềm kết nối các nguồn dữ liệu.
• Cơ sở dữ liệu quá trình, dữ liệu cấu hình hệ thống.
• Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức, sự cố.
• Hỗ trợ lập báo cáo thống kê.
Các chức năng SCADA:
• Quan sát, theo dõi.
• Điều khiển giám sát.
• Báo động cảnh báo
• Điều khiển.
• Lưu trữ dư liệu.
• Báo cáo.
Nhìn chung, SCADA là một hệ thống kết hợp phần cứng, phần mềm để tự
động hóa việc quản lý giám sát điều khiển cho một đố tượng sản xuất công nghiệp,
năng lượng, dầu khí...
Tùy theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hóa ta có thể xây dựng hệ
SCADA thực hiện một số trong những nhiệm vụ tự động hóa sau.
- Thu thập giám sát từ xa về đối tượng.
- Điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng.
5
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
- Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng.
- Thông tin từ xa với các đối tượng và các cấp quản lý.
Một hệ thống SCADA hiện đại bao gồm: máy chủ trung tâm (MTU: Master
Terminal Unit), các thiết bị thu thập dữ liệu và điều khiển (RTUs), hệ thống thông
tin liên lạc và phần mềm ứng dụng để giám sát và điều khiển RTU.
Các hệ thống SCADA bao gồm một trạm chính (trung tâm điều hành) các
RTU và một vài tuyến thông tin lien lạc giữa thiết bị chủ tại trạm chính với các thiết
bị đầu cuối RTU. Đường dây thông tin cụ thể là đường dây điện thoại, tuyến cáp
quang, kênh viba hoặc kênh tải ba.
Đối với việc truyền liệu số, hiện nay người ta sử dụng rộng rãi cáp quang. Tốc
độ truyền tín hiệu số được đo bằng bit/s (còn gọi là baud). Tốc độ truyền cụ thể đạt
tới I9200 baud, còn bình thường người ta thường sử dụng tốc độ truyền 600 đến
9600 baud.
Kênh thông tin của tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống SCADA. Trong
hệ thống SCADA, độ tin cậy của cả hệ thống thường phụ thuộc vào chất lượng
kênh thông tin vì đây là bộ phận của hệ số tin cậy thấp nhất trong hệ thống. Hệ
thống SCADA không thể làm việc bình thường nếu thiếu kênh thông tin tin cậy và
đủ mạnh
1.1. Căn cứ để lập hệ thống Scada
Căn cứ công văn số 3369/CV-EVN-KTLĐ ngày 07 tháng 8 năm 2002 của
Tổng Giám đốc Tổng công ty Điện lực Việt Nam về việc "Các công việc liên quan
đến hệ thống SCADA/EMS".
Căn cứ công văn số 1325/CV-EVN-KTLĐ ngày 29 tháng 3 năm 2004 của
Tổng Giám đốc Tổng công ty Điện lực Việt Nam về việc "Qui định công tác đóng
điện nghiệm thu từ xa các công trình XDCB mới".
Công văn số 6872/CV-EVN-KTLĐ-ĐĐQG ngày 24/12/2007 của EVN về việc
“yêu cầu kết nối SCADA phục vụ điều độ vận hành Hệ thống điện”.
6
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
Công văn số 02/CV-ĐĐQG ngày 07/01/2008 của Trung tâm Điều độ HTĐ
Quốc gia về việc “yêu cầu không đóng điện khi chưa có kết nối SCADA”.
Công văn số 0076/CV-ĐĐMN-P.VH ngày 17/01/2008 của Trung tâm Điều độ
HTĐ miền nam về việc “yêu cầu không đóng điện công trình mới hoặc cải tạo khi
chưa có kết nối SCADA”.
Căn cứ công văn số 10/CV-EVN-KTLĐ-LĐ ngày 06 tháng 12 năm 2008 của
Tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc "Áp dụng tiêu chuẩn IEC 61850
cho HTĐKBV tích hợp các TBA"
Quy định về việc “Xây dựng và quản lý vận hành thiết bị SCADA của trạm
biến áp và nhà máy điện” ban hành kèm theo quyết định số: 1208/QĐ-EVN ngày
28/07/2008 của EVN.
1.2. Đặc điểm công trình
Trạm biến áp (TBA)110kV Bàu Xéo một điểm nút quan trọng trong lưới
điện truyền tải và phân phối trong lưới điện do ĐNPC quản lý với tổng công suất
hơn 80MW. Trạm gồm 04 ngăn lộ 110KV và 11 ngăn 22KV …là TBA đang vận
hành nhưng chưa có hệ thống SCADA, hệ thống mạng cáp quang đấu nối đến
trạm hoàn chỉnh.
1.3. Mục tiêu của hệ thống Scada
Đáp ứng nhu cầu quản lý tập trung và tự động hóa của ngành điện, có xu hướng
tiến đến trạm điều khiển tích hợp và trạm ít người hoặc không người trực. Do đó cần
thiết phải thực hiện các nội dung sau:
Thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ
le bảo vệ, các trạng thái, tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều khiển từ
xa các thiết bị thuộc quyền điều khiển và kiểm tra của các ngăn lộ được lắp đặt mới
(cấp điện áp 110kV và 22kV) bổ sung đầy đủ vào cơ sở dữ liệu SCADA của trạm để
truyền về Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam (A2), nhằm phục vụ việc chỉ
huy điều hành hệ thống điện của A2.
7
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
Thu thập các tín hiệu bao gồm dữ liệu giám sát đo lường, các trạng thái của rơ
le bảo vệ, các trạng thái của tín hiệu báo động, các trạng thái của thiết bị và điều
khiển từ xa các thiết bị được lắp đặt mới để truyền về Trung tâm Điều độ - Công ty
TNHH MTV Điện lực Đồng Nai (ĐNPC) nhằm phục vụ việc chỉ huy điều hành lưới
điện của Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai.
Ngoài ra hệ thống local SCADA cũng được đầu tư trong gia đoạn này để giám
sát, thu thập dữ liệu và điều khiển toàn bộ các thiết bị trong trạm tại phòng điều hành
nhằm giảm thiểu công việc của điều hành viên và lưu lại toàn bộ diễn biến tại trạm
khi mất truyền thông với trung tâm điều khiển. Mặt khác hệ thống Local SCADA còn
dùng để kiểm tra, thử nghiệm tất cả các tín hiệu trước khi truyền về trung tâm nhằm
giảm thiểu thông tin rác.
1.4. Phạm vi của hệ thống Scada
Xây dựng hệ thống SCADA kết nối về 02 trung tâm điều khiển và hệ thống
local SCADA tại trạm cho các ngăn lộ lắp mới bao gồm ngăn lộ 172, ngăn phân
đoạn 110kV, ngăn MBA 2T.
8
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
CHƯƠNG 2
GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG SCADA
2.1 Hiện trạng hệ thống SCADA của các Trung tâm Điều độ
2.1.1. Trung tâm Điều độ - Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai
Hiện nay, tại Trung tâm Điều độ - Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai đang
sử dụng hệ thống Mini SCADA. Hệ thống Mini SCADA được đưa vào vận hành năm
2004 để điều độ hệ thống lưới điện trung thế. Thiết kế của hệ thống SCADA của các
Trung tâm Điều độ là thu thập số liệu thông qua việc lắp đặt các RTU tại các trạm, đấu
nối với các thiết bị của hệ thống điện thông qua các transducer hoặc relay bảo vệ (để đo
các thông số điện phía trung thế I, U, P, Q, F,…), các relay trung gian (để lấy trạng thái
máy cắt, cầu dao, relay bảo vệ,…) và các relay điều khiển (để điều khiển đóng/cắt máy
cắt, tăng/giảm bộ đổi nấc máy biến thế,…). Các RTU, hệ thống máy tính tại trạm thông
qua các đường truyền thông để gửi/nhận tín hiệu với trung tâm điều khiển. Truyền
thông giữa RTU, hệ thống máy tính tại trạm với trung tâm điều khiển hệ thống
SCADA của các Trung tâm Điều độ thì tuân theo giao thức (protocol): IEC 60870-5101. Ngoài dạng kết nối trên, các hệ thống SCADA còn cho phép thực hiện một số
dạng kết nối khác với các trạm Điện có lắp đặt hệ thống thu thập dữ liệu SCADA như
hệ thống điều khiển tại chỗ bằng hệ thống máy tính (DCS) hoặc hệ thống RTU phân
tán, các thiết bị RTU này được gắn trực tiếp trên các panel điều khiển của trạm và được
kết nối với nhau bằng cáp quang. Các hệ thống này đều có hỗ trợ cổng truyền tin có
giao thức tương đương như các thiết bị RTU tập trung như nêu ở trên (giao thức truyền
tin IEC 60870-5-101).
Các chức năng của hệ thống Mini SCADA như sau:
- Theo dõi và giám sát đường truyền thông giữa MCC (Trung tâm điều độ Công ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai) và các trạm có lắp đặt SCADA.
- Giám sát vị trí nấc máy biến áp, các báo động lỗi trong các trạm trung gian,
trạng thái các máy cắt trong trạm và thiết bị trên lưới.
9
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
- Điều khiển Đóng hay Cắt các máy cắt tại các trạm trung gian và các thiết bị
trên lưới.
- Theo dõi các thông số (điện áp, dòng điện, tần số, công suất hữu công và
công suất vô công ) thời gian thực theo dạng bảng hoặc dạng đồ thị.
- Khoanh vùng, cô lập, xử lý sự cố và tái lập điện nhanh qua các tín hiệu thu tạp
tại trung tâm.
- Giám sát tần số hệ thống và điện áp để cải thiện chất lượng điện.
- Mở phần mềm Opera để phục vụ cho việc giám sát lưới điện trên bản đồ địa lý.
- Quản lý dữ liệu lưới điện bằng phần mềm DMS .
10
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
KIẾN TRÚC MẠNG TẠI TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ CÔNG TY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐỒNG NAI
Máy tính chủ
Lưu dữ liệu
(AS)
192.168.1.71
Sys 1
Máy tính điều khiển
192.168.1.51
22”
22”
Máy in Laser A4
Sys 2
Máy tính điều khiển
192.168.1.53
22”
22”
22”
22”
Máy chiếu
22”
22”
Truyền thông
dự phòng
M
LAN 1
LAN 1
LAN 2
GPS
192.168.1.4
HP Jetdirect
HUB
192.168.1.5
17”
M
22”
Máy tính chủ (Com 1)
RAS
thu thập dữ liệu
192.168.1.141
Chính
192.168.1.113
22”
Máy tính chủ chính (EW)
để đào tạo nghiên cứu
và mở rộng hệ thống
192.168.1.91
Fall Back Switch
z
MH
800 MHz
,
9
40 ,875
409
414,22
5 MHz
22”
Máy tính chủ
DMS
192.168.1.81
LAN 2
Cisco 1605R
192.168.1.1
22”
Đồng bộ
thời gian
Máy tính chủ (Com 2)
thu thập dữ liệu
dự phòng
192.168.1.111
406,125 M
Hz
406,175 M
Hz
Các trạm hợp bộ, Recloser và LBS
11
22”
22”
Nối với Công ty Điện lực 2
(Remote Console)
192.168.1.134
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
2.1.2. Trung tâm Điều độ HTĐ miền Nam (A2)
Thiết kế của hệ thống SCADA của các Trung tâm Điều độ là thu thập số liệu
thông qua việc lắp đặt các RTU, hệ thống máy tính tại các trạm và nhà máy đấu nối
với các thiết bị của hệ thống điện thông qua các transducer (để đo I, U, P, Q, TPI,
F,…), các relay trung gian (để lấy trạng thái máy cắt, cầu dao, relay bảo vệ,…) và
các rơ le điều khiển (để điều khiển đóng/cắt máy cắt, tăng/giảm bộ đổi nấc máy biến
thế,…). Các RTU, hệ thống máy tính tại trạm thông qua các đường truyền thông để
gửi/nhận tín hiệu với trung tâm điều khiển. Truyền thông giữa RTU, hệ thống máy
tính tại trạm với trung tâm điều khiển hệ thống SCADA của các Trung tâm Điều độ
thì tuân theo giao thức (protocol): IEC 60870-5-101.
Cấu hình phần cứng của hệ thống SCADA/EMS tại Trung tâm Điều độ Hệ
thống điện miền nam. Hệ thống này do hãng ALSTOM-ESCA cung cấp có tên
thương mại là EMP 2.1, các tính năng EMS của hệ thống này chỉ giới hạn ở phục vụ
vận hành lưới điện.
Các chức năng SCADA
+ Tính toán kết cấu lưới điện, thể hiện tình trạng kết nối, các phần tử mang
điện, không mang điện.
+ Quản lý các cảnh báo, đặt và gỡ thẻ (tag) thông tin và kiểm soát điều khiển
thiết bị.
+ Biểu đồ, đồ thị xu hướng.
+ Trợ giúp sa thải phụ tải.
+ Tính toán dữ liệu thời gian thực.
Các ứng dụng cho lưới điện
+ Trình tự thao tác thời gian thực.
+ Đánh giá trạng thái thời gian thực.
12
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
+ Phân tích chế độ đột biến thời gian thực.
+ Tính toán phân bố trào lưu công suất.
+ Khảo sát phân tích chế độ đột biến.
Các chương trình mô phỏng phục vụ đào tạo điều độ viên (DTS): bao gồm mô
phỏng hệ thống điện và tính toán trào lưu công suất tĩnh, mô phỏng động các thay
đổi của hệ thống.
Các chương trình hỗ trợ hệ thống.
Các chương trình phục vụ giao tiếp giữa các Trung tâm Điều độ.
Các chương trình quản lý dữ liệu quá khứ.
Các chương trình bảo dưỡng cơ sở dữ liệu.
13
Lun Vn Thc S K Thut
Cấu hình phần cứng hệ thống SCADA/EMS
trung tâm điều độ hệ thống điện miền nam
Các máy chủ và thiết bị
Các máy chủ
SCADA/EMS
Máy chủ
DTS
Máy chủ
để
VSDS2
VSTS1
Trung tâm
khác
Các đ-ờng liên kết với các
Trung tâm điều khiển khác
Watch Dog
VSDS1
liên kết với các
HIM
VSHM1
VSAG1
VSRT1
Router
VSAG2
VSRT2
Router
LAN A
Dual Ethernet Switch 100/10 Mbits
LAN B
Các máy chủ
FRONT-END
VSWS1
Weather
System
VSFE2
VSFE1
VSPC
Máy tính bảo trì/
phát triển
VSOC1
LOCAL
RTU
Bàn điều khiển
(Điều hành viên)
VSHB1
Hub
VSOC2
Truyền thông với các RTU
Bàn điều khiển
(Điều hành viên)
RTU
1
RTU
2
RTU
60
RTU
61
RTU
62
GPS
GPS
VSCK1/2
-----------VSWB1
TrueTime
Mimic
Giao diện
ng-ời-máy
Bàn điều khiển
(Phục vụ đào tạo)
14
VSSV2
Terminal
Server
VSLM2
Máy in Laser
VSLM3
Máy in Laser
VSPC2
VSPC3
VSHC2
Máy in màu
VSLM1
Máy in Laser
VSRT3
Router
VSSV1
Terminal
Server
VSOC3
VSHC1
Máy in màu
VSEL1
Máy
VSEL2
in biến cố
VSLM4
Máy in Laser
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
2.1.3. Trạm 110KV Bàu Xéo
Trạm 110KV là mội trạm kết hợp truyền tải và phân phối thuộc công ty Điện
Lực Đồng Nai. Đường dây 110KV thuộc mạch vòng …Xuân Lộc-Bàu Xéo-Long
Khánh, hiện hữu trạm gồm một ngăn lộ đường dây và một ngăn lộ máy biến áp
(MBA). Là trạm truyền thống, điều khiển trên (panel) bảng điều khiển. Chưa có hệ
thống Scada mỗi ca trực vận hành gồm 3 nhân viên làm việc theo chế độ ca kíp.
Tích hợp hệ thống SCADA cho trạm là công trình của Công ty Điện lực Đồng Nai.
Tác giả chỉ tham gia thiết kế một phần trong dự án của Công ty. Đó là thiết kế hệ
thống SCADA cho ngăn lộ mở rộng 172 Long Khánh, máy biến áp 2T. Trong
những phần sau của luận văn, hệ SCADA cho ngăn lộ 172 Long Khánh do tác giả
thiết kế sẽ được trình bày chi tiết.
2.2. Giải pháp công nghệ cho hệ thống Scada
+ Công nghệ tiên tiến
+
Khai thác tối đa năng lực của các thiết bị IEDs hoặc BCU/Multi-
meter(có module I/O) trong trạm.
+
Giảm tối thiểu khối lượng cáp điều khiển và các thiết bị ghép nối (rơ le
lệnh, rơ le lặp lại trạng thái và cảnh báo,...). Kết nối qua các thiết bị giao tiếp tín
hiệu I/O tại các ngăn lộ và kết nối vào mạng LAN tại trạm.
+ Tương tác và tuân thủ các tiêu chuẩn
+ Đáp ứng khả năng bảo dưỡng, tương thích và mở rộng
+ Giao diện HMI dễ hiểu, dễ vận hành
+ Đáp ứng tính tin cậy và sẵn sàng
+ Chi phí hợp lý
+
Định hướng nâng cấp lên hệ thống điều khiển tích hợp trạm và trạm
ít/không người trực.
2.2.1. Yêu cầu kỹ thuật chung
- Yêu cầu kiến trúc mạng tại trạm : theo tiêu chuẩn mạng LAN
- Các tiêu chuẩn IEC về mạng truyền dẫn
- Yêu cầu về khả năng bảo dưỡng.
15
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
- Bảo vệ chống xung và nhiễm điện.
- Môi trường và các điều kiện làm việc xung quanh.
- Nguồn cấp điện.
- Cáp đấu nối.
- Kích thước RTU.
2.2.2. Các yêu cầu về kiến trúc mạng, truyền tin, giám sát điều khiển và quản lý
dữ liệu
2.2.2.1. Kiến trúc mạng tại trạm
¾ Mức trạm: Mức trạm có chứa đựng kho dữ liệu thống nhất, các giao diện vận
hành tại chỗ, các chức năng quản lý cấu hình và kỹ thuật, cũng như hệ thống
SCADA, các thông tin vận hành, kỹ thuật và phi kỹ thuật có thể truy nhập từ công
ty. Việc truyền tin nội bộ trạm sẽ thông qua thanh dẫn của trạm. Cả hệ thống truyền
tin nội bộ trạm và liên kết tới mạng WAN của công ty đều phải dựa trên các giao
thức chuẩn IEC
¾Mức ngăn: Việc truyền tin trong mức ngăn cũng như giữa các thiết bị IED trên
cơ sở thanh dẫn trạm theo chuẩn IEC 61850 tạo ra một nền tảng cho phép tích hợp
hoàn toàn các hệ thống bảo vệ và điều khiển, do đó giảm số lượng thiết bị trạm và
việc đấu dây cho bàn điểu khiển. Tính năng điều khiển, lưu trữ, đo đếm, bảo vệ
được thực hiện ở mức này và thông thường các thiết bị được lắp đặt trong phòng
điều khiển trạm
¾ Mức xử lý (không thể hiện trên hình 2-1): Giao diện giữa các thiết bị nhất thứ
(CT, VT, thiết bị đóng cắt,…) và các thiết bị IED mức ngăn có thể khai thác công
nghệ trộn dữ liệu để hợp nhất các trạng thái và số liệu đo nhất thứ, và tạo ra khả
năng truy cập các dữ liệu này thông qua thanh xử lý tốc độ cao (ứng dụng IEC
61850) từ mức ngăn và mức trạm. Ngoài ra các đường kết nối riêng có thể trang bị
cho một số IED cụ thể như thiết bị đo góc pha nhằm đảm bảo độ chính xác cao. Các
thiết bị ở Mức xử lý thường được lắp đặt càng gần các thiết bị nhất thứ càng tốt để
giảm lượng cáp.
16
