Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Lời mở đầu
Hệ thống điện lực ngày nay bao gồm các nhà máy điện, hệ thống truyền
tải, phân phối và sử dụng điện là các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau
thành một thể hữu cơ thống nhất. Việc phá vỡ mối liên hệ này gây những hậu
quả nặng nề cho toàn bộ hệ thống nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung.
Việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng như sản phẩm đầu ra của hệ
thống phức tạp như vậy đò hỏi mạng lưới vận hành phải có mức độ tương ứng
với sự trợ giúp của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và điều khiển từ xa.
Đồng thời trong quá trình điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu tại các
trạm điện giúp cho việc chỉ huy điều hành hệ thống sản xuất, truyền tải, phân
phối điện năng và phục vụ cho các bộ phận kinh doanh (lập kế hoạch, thanh
toán hoá đơn, thương mại) có vai trò cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng,
EMS (Energy Management System) mà tiêu biểu là hệ thống SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition).
Do vậy việc thiết kế, vận hành hệ thống SCADA cho trạm điện từ các yêu
cầu thực tế về dữ liệu tại trạm cung cấp cho các Trung tâm điều độ là không thể
thiếu trong quá trình Quản lý vận hành hệ thống SCADA/EMS phục vụ sản
xuất.
Cho nên trong quá trình thực tập tại Trung tâm điều độ hệ thống điện miền
Trung em tập trung nghiên cứu, thiết kế đề tài: " Thiết kế hệ thống SCADA cho
trạm 110kV Liên Trì phục vụ việc quản lý điện năng ”.
Đề tài gồm 6 chương:
Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 110kV Liên Trì
Chương 2: Giới thiệu thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu
Chương 3: Hệ thống EMP
Chương 4: Cấu hình thiết bị của hệ SCADA tại trạm Liên Trì
Chương 5: Vận hành hệ SCADA trạm Liên Trì
Chương 6: Kết luận
2.5Tính toàn vẹn hệ thống : 24
2.6Khả năng xử lí : 24
2.7Khả năng mở rộng của RTU 25
2.8Giải pháp RTU hoàn chỉnh 25
2.9Kích thước RTU : 25
3.Các cấu hình truyền thông RTU : 25
3.1Giới thiệu 25
3.2Các công cụ: 27
4.Nguồn cung cấp DC cho RTU : 27
5.Các module giao tiếp thiết bị : 27
5.1Module xử lí CPR-02x / CPR-03x : 27
5.2Module đầu vào số 32 kênh - HDI-040: 29
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 3
Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
5.3Module đầu ra số 32 kênh – HDO-030/040: 30
5.4Module đầu vào tương tự HAI-030: 31
6.Khái quát quá trình hoạt động của các module giao tiếp thiết bị : 32
6.1Các đầu vào số : 32
6.2Quá trình điều khiển : 37
6.3Các đo lường tương tự : 41
6.4Đầu ra tương tự (Analogue Setpoints) : 43
6.5Các đầu vào đếm (counter input): 44
6.6Sự đồng bộ thời gian (Time Synchronisation) : 45
7.Truyền thông : 45
7.1IEC 870 – 5 – 101 : 45
7.2FieldNet : 53
3.3Các hỗ trợ lập trình (Programming support subsystem): 84
3.4Các hoạt động hỗ trợ hệ thống cơ sở (operations support subsystem): 84
4.Các kiểu hệ thống HABITAT : 84
4.1Hệ thống HABITAT thời gian thực : 84
4.2Hệ thống HABITAT mô phỏng : 85
4.3Các hệ thống phát triển HABITAT : 85
4.4Hệ thống cơ sở dữ liệu HABITAT - HDB : 85
5.ALARMS: 85
5.1Các sự kiện (Events): 86
5.2Các hiển thị cảnh báo (Alarm display): 87
6.Các tiện ích khác hỗ trợ cho HABITAT : 87
6.1Tiện ích Quyền (Permission): 87
6.2Tiện ích Quản lý cấu hình 87
6.3Tiện ích Quản lý trình tự xử lý và tạo thời gian biểu (Procman) 88
7.Hệ thống giao tiếp 89
7.1Hệ thống ngày giờ: 89
7.2Máy tính điều khiển lập trình logic (PLC) 90
7.3Trending and strip chart recorders driver 90
7.4Nhật ký (Logman) 90
8.Lập trình trong HABITAT 90
8.1Các lớp tiện ích cho người lập trình và các ứng dụng 90
8.2Chương trình ứng dụng HABITAT 90
8.3Mô hình tiến trình động Portable Process Model (PPM) 91
8.4Các tiện ích hỗ trợ cho việc lập trình 91
9.Hệ thống con SCADA : 92
9.1Quản lý cơ sở dữ liệu SCADA : 92
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 5
Đồ án tốt nghiệp
7.3Lỗi đường truyền và hư hỏng thiết bị: 130
7.4Việc đáp ứng các dữ kiện và điều kiện cảnh báo của hệ SCADA 132
8.Việc phân tán nhiệm vụ trong hệ SCADA: 136
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 6
Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
9.Các chương trình ứng dụng trong hệ SCADA: 136
Chương 6 137
Kết luận và hướng phát triển đề tài 137
Phụ lục 138
1.TRIAD – Các bảng lựa chọn transducer: 138
2.Sơ đồ nối dây transducer - TRIAD: 139
3.Kết nối loại D (D-type connector) 141
Tài liệu tham khảo 144
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 7
Đồ án tốt nghiệp
Mục lục hình
Mục lục hình
Hình 1.1:Sơ đồ nối điện trạm 110kV Liên Trì vào lưới điện khu vực 13
Hình 1.2: Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì 13
Hình 1.3: Sơ đồ đo lường tại trạm Liên Trì 18
Hình 2.1: Một RTU tiêu biểu 21
Hình 2.2: Một Cell tiêu biểu 22
Hình 2.3: RTU nhiều Cell 23
Hình 4.1: mô hình phần mềm phân lớp với các ứng dụng chuẩn 70
Hình 4.2:Cấu hình phần cứng hệ thống EMP của Trung tâm Điều độ HTĐ Miền
Trung 73
Hình 4.3: Mối quan hệ giữa ứng dụng, cơ sở dữ liệu và display 74
Hình 3.4 Trào lưu dữ liệu từ EMS 75
Hình 4.5 Các kết nối dùng cho trào lưu dữ liệu từ EMS 76
Hình 4.6 Trào lưu dữ liệu giữa các hệ thống con 78
Hình 4.7 Các lớp ứng dụng trong HABITAT 80
Hình 4.8 Tổng quan về HABITAT 82
Hình 4.9 : Trình bày sự giao tiếp và trào lưu dữ liệu giữa các thành phần trong
ứng dụng cảnh báo 86
Hình 4.10 Quản lí tiến trình trào lưu dữ liệu (procman) 89
Hình 4.11 : Trình bày khả thi của HABITAT APIs để phát triển một ứng dụng.92
Hình 4.12 : Cấu hình phần cứng SCADA điển hình 94
Hình 5.1: Ví dụ về điều khiển 104
Hình 5.2: Sơ đồ một sợi trạm Liên Trì trong hệ thống 106
Hình 5.3a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự 106
Hình 5.3b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu tương tự 107
Hình 5.4a: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 108
Hình 5.4b: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 109
Hình 5.4c: Sơ đồ dạng bảng hệ SCADA trạm Liên Trì của dữ liệu số 110
Hình 5.5:Chi tiết về dữ liệu tương tự dưới dạng bảng 114
Hình 5.6:Ví dụ về xử lí tín hiệu tương tự 115
Hình 5.7: Chi tiết về dữ liệu số dưới dạng bảng 117
Hình 5.8a: Ví dụ về xử lí dữ liệu số dưới dạng bảng 118
Hình 5.8b: Ví dụ về xử lí dữ liệu số dưới dạng bảng 120
Hình 5.9: Dữ liệu đếm dưới dạng bảng 121
Hình 5.10: Ví dụ về xử lí dữ liệu đếm dưới dạng bảng 123
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 9
Đồ án tốt nghiệp
Hiện tại trạm biến áp 110kV Liên Trì có các thiết bị chủ yếu như trong
Hình 2: sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì:
Một hệ thống thanh cái 110kV (C11).
Hai xuất tuyến 110kV đi đến trạm 500kV Đà Nẵng :
• Xuất tuyến 1 (171) có :
1 dao cách ly 171-7
1 máy biến điện áp 3 pha TU171.
• Xuất tuyến 2 (172) có :
1 dao cách ly 172-7.
1 máy biến điện áp 3 pha TU 172
Một ngăn lộ tổng 131 có :
1 dao cách ly 131-1.
1 máy cắt 131.
Một máy biến áp T1 với công suất 25MVA , 115/24 kV.
Một ngăn lộ tổng 22kV 431.
Hai hệ thống thanh cái 22kV:C41, C42 được ngăn cách bởi máy cắt phân
đoạn 412.
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Chương 1
ĐI HÀ TỈNH
AC-240
ĐI TAM KỲ
3
ĐI PKEIKU
110KV
220KV
2X125MVA
TBA 500KV
Đà Nẵng
500KV
131-1
131
131-15
174/T500KV-ĐN
171-7
TU171
C11
TU171
171-76
171-74
175/T500KV-ĐN
171-76
171-74
Sơ đồ đánh số thiết bò
trạm 110kV Liên Trì
Hình 1.2: Sơ đồ đánh số thiết bị trạm 110kV Liên Trì
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 13
Đồ án tốt nghiệp Chương 1
2. Danh sách tín hiệu SCADA:
Các tín hiệu SCADA, nói chung, kết nối với Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện
Miền Trung (A3) được liệt kê trong bảng danh sách dữ liệu (Datalist). Bảng danh sách
dữ liệu được thể hiện mỗi cột một ngăn lộ (bay), trong đó các tín hiệu SCADA sẽ thu
thập của bay đó được thể hiện trong các hàng. Các tín hiệu SCADA được đưa về
Trung tâm thuộc các thể loại dữ liệu khác nhau . Bao gồm :
Các tín hiệu đo lường (ATM):
• DCA : dòng một chiều ( tính bằng MW )
• KV : điện áp (tính bằng kV ).
• MW : công suất tác dụng ( tính bằng MW ).
• MX : công suất phản kháng (tính bằng MW ).
• MWh : sản lượng ( tính bằng MWh).
Ngăn các tín hiệu chung COM, bao gồm
• Tín hiệu cảnh báo (TSS)
Các tín hiệu cảnh báo của tủ sạc 48VDC: A48H, A48L, A48C,
A48O, A48M
Tín hiệu cảnh báo sự cố nguồn 220VDC tại trạm: A220
Tín hiệu sự cố đường thông tin: ACRM
Tín hiệu trạng thái khoá điều khiển: RCOF
Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 171 :
• Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha -
đất của đường dây
• Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) của
dao cách ly đường dây (LS) 171-7
Ngăn xuất tuyến 110kV đi đến Trạm 500kV Đà Nẵng, 172 :
• Tín hiệu đo lường (ATM): 3 tín hiệu điện áp KV cho 3 điện áp pha -
đất của đường dây
• Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) của
dao cách ly đường dây (LS) 172-7
Ngăn lộ tổng 110kV 131 :
• Tín hiệu đo lường (ATM): công suất tác dụng MW, công suất phản
kháng MX.
• Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS)
Tín hiệu cảnh báo máy cắt (MC) bị khoá (do dầu hoặc áp lực
khí) SCBB - BLOCKED.
Các tín hiệu bảo vệ MBA:
o so lệch, cắt MC: TTDF - TRIP.
o quá dòng chạm đất, cắt MC: TTO1 - TRIP.
o quá tải, báo tín hiệu: ATOL - ALARM.
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 15
Đồ án tốt nghiệp Chương 1
Các tín hiệu bảo vệ nội bộ MBA:
cắt (CB) 431:
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Chương 1
• Tín hiệu điều khiển (RCD): máy cắt (CB) 431, Đóng/Mở
(OPEN/CLOSE).
Ngăn phân đoạn 22kV 412:
• Tín hiệu bảo vệ và cảnh báo (TSS):quá dòng chạm đất, cắt MC: TTO1
- TRIP.
• Tín hiệu trạng thái (TSD): trạng thái đóng mở (OPEN/CLOSE) máy
cắt (CB) 412:
• Tín hiệu điều khiển (RCD): máy cắt (CB) 412, Đóng/Mở
(OPEN/CLOSE).
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V – ĐHBKĐN Trang 17
ỏn tt nghip Chng 1
74
WH VARH
50 / 51
51
51N
90
VARHWH
VAR
A
A
W
V
87
V
110
3
1
500-1000/5/5A
33
110 0.1
3
0.1
kV
V
50/51 : Baớo vóỷ quaù doỡng õióỷn 2 cỏỳp
50/51N : Baớo vóỷ quaù doỡng TTK 2 cỏỳp
51N : Baớo vóỷ quaù doỡng õióỷn 2 cỏỳp
51 : Baớo vóỷ quaù doỡng õióỷn
74 : Rồ le kióứm tra cuọỹn cừt maùy cừt
79 : Rồ le tổỷ õọỹng õoùng lỏỷp laỷi
81 : Rồ le tổỷ õọỹng sa thaới phuỷ thaới theo tỏửn sọỳ
87 : Baớo vóỷ so lóỷch
96P : Baớo vóỷ hồi cuớa doỡng dỏửu cuớa bọỹ CA
26W : Baớo vóỷ nhióỷt õọỹ cuọỹn dỏy MBA tng cao - 2 cỏỳp
71Q1 : Baớo vóỷ mổùc dỏửu MBA giaớm thỏỳp - 2 cỏỳp
71Q1 : Baớo vóỷ mổùc dỏửu cuớa bọỹ CA giaớm thỏỳp
26Q : Baớo vóỷ doỡng dỏửu MBA tng cao - 2 cỏỳp
96B : Baớo vóỷ hồi cuớa doỡng dỏửu MBA - 2 cỏỳp
27 : Baớo vóỷ õióỷn aùp thỏỳp
VARH : Maùy õóỳm õióỷn nng taùc duỷng
WH : Maùy õóỳm õióỷn nng taùc duỷng
90 : Rồ le tổỷ õọỹng õióửu chốnh õióỷn aùp ( CA )
A : Ampe meùt
V : Vọn meùt
W : Oaùt meùt Var : Var meùt
: khoaù chuyóứn maỷch doỡng õióỷn
2. Cấu trúc XCELL RTU:
2.1 Giới thiệu tổng quan:
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V - ĐHBKĐN Trang 21
Đồ án tốt nghiệp Chương
2
XCell RTU được dựa trên kiến trúc XCell mạnh và tiên tiến. Đây là một
kiến trúc linh hoạt và theo kiểu module được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ở
hiện tại và trong tương lai. Dùng các phương pháp đa bộ xử lí, RTU này thực
hiện các chức năng của nó với độ sẵn sàng cao và có hiệu lực cao và khả năng
đáp ứng hầu hết các yêu cầu tại công trường. Nó được gắn trên giá 19'' (rack),
được thiết kế bằng các bộ phận điện tử chuẩn và được chế tạo theo các tiêu chuẩn
ISO 9002.
2.2 Đơn vị CELL căn bản:
RTU được xây dựng dựa trên một khái niệm theo kiểu khối (cellular,
modular) bao gồm một hay nhiều Khối (Cell) hợp thành. Một Cell có thể chỉ có
một module xử lí trung tâm hoặc gồm một module xử lí trung tâm và có đến 4
module Vào/Ra để giao tiếp với các thiết bị khác. Các module giao tiếp được
chọn trên cơ sở các yêu cầu cụ thể tại trạm, bao gồm cả các yêu cầu về môi
trường, loại tín hiệu và số lượng tín hiệu.
Hình 2.2: Một Cell tiêu biểu
2.3 RTU nhiều CELL:
Với các trạm và nhà máy có nhiều tín hiệu kết nối với RTU thì cần RTU
nhiều Cell hơn và mạnh hơn.
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V - ĐHBKĐN Trang 22
Đồ án tốt nghiệp Chương
2
Hình 2.3: RTU nhiều Cell
Các cell giao tiếp với nhau bằng hệ thống giao tiếp FieldNet. Hệ thống này
tích hợp các Cell lại với nhau tạo thành một hệ thống RTU thống nhất. Dữ liệu
trong bất kì cell nào đều có thể được dùng bởi tất cả các cell khác. Các cell riêng
2.5 Tính toàn vẹn hệ thống :
Bởi vì RTU trở thành một phần căn bản của các quá trình hoạt động hệ
thống cho nên tính sẵn sàng của RTU được đặt lên mức độ quan trọng hàng đầu.
Đó là tiêu chí để thiết kế XCell RTU. Với lý do đó mà các phần tử quan trọng
luôn có dự phòng để cung cấp mức độ sẵn sàng cao nhất có thể có được. Các
phần tử quan trọng bao gồm :
• Truyền thông FieldNet dự phòng giữa các cell.
• Nguồn cung cấp DC kép cho mỗi cell.
• Mỗi module xử lí XCell có riêng bộ chuyển đổi DC-DC để phát các
mức điện áp yêu cầu cho việc dùng bên trong cell đó. Điều này đảm
bảo sự làm việc việc độc lập và cách ly giữa các Cell.
• Có thể dùng nhiều bộ xử lí kết nối với Trung tâm điều khiển.
• Lỗi của một cell được khoanh vùng và chỉ mất các chức năng của Cell
đó mà thôi .
• Các chương trình ứng dụng có thể được nhân đôi trong nhiều cell để
đảm bảo tính vẹn toàn và tín sẵn sàng của RTU.
• Các bít kiểm tra tính nguyên vẹn dữ liệu được gán cho tất cả các dữ
liệu RTU để chỉ thị rằng dữ liệu là có hợp lệ hay không.
2.6 Khả năng xử lí :
SVTH - LÊ THANH THẾ - Lớp 00CLC - P.F.I.E.V - ĐHBKĐN Trang 24
Đồ án tốt nghiệp Chương
2
Mỗi module xử lí bên trong RTU giám sát một số hữu hạn các tín hiệu thiết
bị vật lý –128. Chính vì vậy cần phải cân nhắc khi sử dụng bộ xử lý cho các ứng
dụng của RTU. Khi số tín hiệu của RTU tăng thì số lượng Cell cũng cần phải
tăng. Mỗi Cell vẫn đảm bảo một số lượng tối đa 128 tín hiệu thiết bị vật lý. Điều
này đảm bảo rằng hiệu suất sẽ không giảm khi số lượng tín hiệu tăng và đảm bảo
đạt được mức thời gian 1ms được gắn cho tất cả các dữ liệu RTU cho dù số
lượng tín hiệu tăng.
2.7 Khả năng mở rộng của RTU
Copyright: Tài liệu đại học ©