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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ 
THUẬT TP.HCM
FACULTY OF ELECTRICAL AND
ELECTRONICS ENGINEERING
www.hcmute.edu.vn

BẢOVỆ
VỆLUẬN
LUẬNVĂN
VĂNTỐT
TỐTNGHIỆP
NGHIỆP
BẢO

ĐỀTÀI:
TÀI:
ĐỀ

TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN
GVHD: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT
HVTH: TRÀ QUANG ĐỖ ÁN
TPHCM, tháng 10 năm 2010


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

MỤC TIÊU:

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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE

Phần 1: GIỚI THIỆU

www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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
1.3. Tính mới của đề tài
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
1.4. 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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE

Phần 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA

www.hcmute.edu.vn/feee/

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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/
HMI giao tiếp với Điều hành viên
Điều hành viên

Trạm điều khiển trung tâm
MTU(Master Terminal Unit)
Môi trường truyền thông giữa 
MTU và RTU: Internet, vô tuyến, 
mạng điện thoại(có tốc độ thấp, 
thông thường là điều khiển vòng 
mở
Thiết bị thu thập dữ liệu 
và điều khiển RTU or 
PLC 
Môi trường truyền thông giữa ở 
thiết bị từ xa, tốc độ tương đối 
cao , thông thường là điều 
khiển vòng kín (EIA­485, EIA­
232…)
Thiết bị dữ liệu 
trường:Valve
bơm, động cơ, cảm biến… 
Hình 2.2: Cấu trúc phần cứng của 
SCADA 

Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

Hình 2.3: Các thành phần phần mềm trong hệ SCADA


Ensuring Enhanced Educati

FEEE

Phần 3: CÁC CHUẨN GIAO THỨC

www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE

www.hcmute.edu.vn/feee/

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

bị và điều khiển từ xa giữa các trung tâm cho hệ thống SCADA.
IEC 60870 Thiết bị và hệ thống điều khiển từ xa
Phần 5 Các giao thức truyền thông
Các phần của phần 5
5 – 1 Các giao thức truyền thông
5 – 2 Các thủ tục truyền thông liên kết 
5 – 3 Cấu trúc của dữ liệu ứng dụng
5 – 4 Định nghĩa của các phần thông tin ứng dụng
5 – 5 Các chức năng ứng dụng cơ bản
Các tiêu chuẩn đi theo
5 – 101 Các nhiệm vụ truyền thông cơ bản
5 – 102 Truyền thông của tổng hợp số
5 – 103 Các thiết bị bảo vệ
5 – 104 Mạng truy cập

Hình 3.6: Cấu trúc IEC 60870


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

Phương thức sử dụng

Phương thức sử dụng

Ứng dụng

Ứng dụng

Vận chuyển
Mạng
Liên kết dữ liệu

Liên kết dữ liệu

Vật lý

Vật lý

IEC 60870 – 5 – 101
Không mạng lưới

IEC 60870 – 5 – 104
Mạng lưới

 Hình 3.9: Cấu trúc của T101 và T104


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

3.6 GIAO THỨC PROFIBUS
PROFIBUS định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS-FMS, PROFIBUSDP 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


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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).

Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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

Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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.


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/


Ensuring Enhanced Educati

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

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

6.1 Giới thiệu về mô hình

IEC60870-5-103 PROTOCOL

ROLE REL 511
ABB

RS232
RADIO
MODEM

MASTER

Module Ethernet
CP343-1 Lean
417.25MHZ
IEC60870-5-101
PROTOCOL

CPU 315,
Module
Analog

RADIO
MODEM
SLAVE
PLC OMRON

TRANSDUCER

 

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

CT, VT: TÍN HIỆU
U,I,F,P,Q...

Hình 6.1: Mô hình mô phỏng trạm 220KV


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/

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

BẢO VỆ TÁC ĐỘNG

Sai

Từ xa

CHẾ ĐỘ

Đúng

Điều độ A2-A0

Sai

Đúng

Tại chổ

PC Trung tâm
Đúng

PASSWORD
Sai
Sai

Đúng
Cắt
Chưa
nén

LỆNH ĐÓNG
Đúng

LỆNH CẮT
Sai

MC271

Sai

Đúng
Sai

Đúng

271-1 or 271-2

Cắt

Đóng

Đóng

271-7

LÒ XO CẮT

Cắt

Đóng

Đã nén
Sai

LỆNH ĐÓNG
Đúng

LỆNH CẮT

Sai

MC271

ĐỦ KHÍ SF6

Đóng

Cắt

Đúng

LÒ XO ĐÓNG

CẮT MC 271

Chưa nén

Đã nén
Đóng

MC271

ĐỦ KHÍ SF6

Cắt
Đúng

Sai

Đúng

87BUS TRIP

ĐÓNG MC 271

Sai
TĐ ĐÓNG LẠI

Đúng

CHỐNG ĐÓNG LẶP LẠI

Sai

Hình 6.6: Lưu đồ giải thuật điều khiển MC271


Ensuring Enhanced Educati

FEEE
www.hcmute.edu.vn/feee/
BẮ T Đ Ầ U

Từ xa

CH Ế Đ Ộ

ĐIỀU Đ Ộ
 A2­A0

Sai

PC TRUNG TÂM
Đúng

Đúng

Tại chổ

PASSWORD
Sai

LỆNH ĐÓNG

LỆNH ĐÓNG

Đúng

LỆNH CẮT

Đúng
Đúng

Đúng
Cắt

Đóng

DCL 271-1

LỆNH CẮT

Cắt

Sai

DCL 271-1

200 B-01A
Đóng

DCL 271-2
Đóng

Sai

Đúng
Sai

Sai

Sai

Đóng

Cắt
Cắt

MC 271

Đóng

271 -01

Đóng

Cắt

Cắt

271 -02

CẮ T 
DCL 271­1

Cắt
Đóng

DCL271 -2
Cắt

Đóng

MC 271
Cắt

ĐÓNG 
DCL 271­1

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

Đóng