Điện, điện tử - Tự động hóa trạm phân phối điện

FACULTY OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERINGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMGVHD: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT HVTH: TRÀ QUANG ĐỖ ÁN BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆPTỰ ĐỘNG HÓA TRẠM PHÂN PHỐI ĐIỆN ĐỀ TÀI:TPHCM, tháng 10 năm 2010MỤC 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 thiệuTổng 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 AnThiết kế mô hình SCADA trạm phân phối 220KV Khó khăn để xác định thông tin.Phần 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cần thiết nâng cấp tự động hóa trạm phân phối 220KVHệ 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.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 1.4. Tính thực tiễn của đề tài Giảm giá thành giải phápLàm chủ thiết bị Thiết bị công nghiệp có sẵn – dễ mua 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 thànhNâng cấp trạm phân phối 220kv với các ưu điểm sau:SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Phần 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADAHình 2.1 Cấu trúc hệ thống tự động hóa trạm Điều hành viênHMI giao tiếp với Điều hành viênTrạm điều khiển trung tâmMTU(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 mởThiết 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 (EIA-485, EIA-232)Thiết bị dữ liệu trường:Valvebơm, động cơ, cảm biến Hình 2.2: Cấu trúc phần cứng của SCADA Hình 2.3: Các thành phần phần mềm trong hệ SCADA 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.Phần 3: CÁC CHUẨN GIAO THỨC 3.1 Giao thức IEC 61850 Tiêu chuẩn IEC 61850 hỗ trợ khả năng trao đổi thông tinlẫn nhau giữa các IED nội bộ trong TBA từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. IEC 61850 được EVN lựa chọn cho các ứngdụng tự động hoá TBA. Hình 3.2: Các khả năng của tiêu chuẩn IEC61850 trong ứng dụng tự động hoá TBAVới ưu điểm của chuẩn truyền thông TCP/IP Ethernet, giao thức IEC 61850 có hiệu năng làm việc cao, xử lý thôngtin đạt tốc độ 100Mb/s và đơn giản trong việc thực hiện kết nối trên mạng LAN. Hình 3.5: Cấu hình truyền thông cơ bản hệ thống tự động hoá trạm với giao thức IEC618503.2 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 xaPhần 5 Các giao thức truyền thông5 – 1 Các giao thức truyền thông5 – 2 Các thủ tục truyền thông liên kết 5 – 3 Cấu trúc của dữ liệu ứng dụng5 – 4 Định nghĩa của các phần thông tin ứng dụng5 – 5 Các chức năng ứng dụng cơ bản5 – 101 Các nhiệm vụ truyền thông cơ bản5 – 102 Truyền thông của tổng hợp số5 – 103 Các thiết bị bảo vệ5 – 104 Mạng truy cậpCác tiêu chuẩn đi theoCác phần của phần 5Hình 3.6: Cấu trúc IEC 60870Vật lýLiên kết dữ liệuỨng dụngPhương thức sử dụngVật lýLiên kết dữ liệuMạngVận chuyểnỨng dụngPhương thức sử dụngIEC 60870 – 5 – 101Không mạng lướiIEC 60870 – 5 – 104Mạng lưới Hình 3.9: Cấu trúc của T101 và T1043.6 GIAO THỨC PROFIBUS PROFIBUS định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP 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 3.14Tuy 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. Phần 4THIẾT KẾ - QUẢN LÝ DỰ ÁN NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA TRẠM PHÂN PHỐI 220KV NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ ANCác 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).4.1 Đánh giá hiện trạng trạm phân phốiHiện 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.4.2 Hiện trạng thiết bị nhị thứ 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. 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 8T được trang bị Rơ le kỹ thuật số 7UT613, 7SA610, 7SJ610 của Siemens; hổ trợ giao thức IEC61850 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.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.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. 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. Giữa các thiết bị không thể kết nối, giao tiếp với công cụ máy tính và với nhau. Các nhà máy sản xuất thiết bị trước đây của Liên Xô cũ đãchuyển đổi sang chế tạo theo công nghệ mới nên khó có cơ hội mua thiết bị đó nếu chúng bị hư hỏng. Vật tư thay thế rất khó tìm thường phải mua trôi nỗi và có nguồn gốc hàng hóa không tin cậy, giá cao. 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.Phục vụ tính toán phát điện tối ưu giữa các nhà máy điện bậc thang sau này.Nâng cao tính sẵn sàng, ổn định, linh hoạt và độ tin cậy của hệ thốngtrong vận hành.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. 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.Phần 5: THIẾT KẾ MÔ HÌNH SCADA TRẠM PHÂN PHỐI 220 KV 6.1 Giới thiệu về mô hìnhHình 6.1: Mô hình mô phỏng trạm 220KV6.2 Thiết kế mô hình SCADA trạm phân phối 220kVa. Xây dựng lưu đồ giải thuậtHình 6.6: Lưu đồ giải thuật điều khiển MC271Hình 6.7: Lưu đồ giải thuật điều khiển DCL 271-16.3. Cấu hình giao diện Truy Cập, Reset Rơle cấu hình cho Rơle 7SA513 ngăn lộ 271 hổ trợ giao thức IEC60870-5-103.cấu hình Board Type: TCP/IP.Port; Port Protocol: IEC103.Protocol; Protocol Mode: Master; Remote IP Address là tùy vào cấu hình cho Rơle.Lập trình cảnh báo-cấm thao tác MC cho lò xo và áp lực khí SF6ĐẾN ĐÂY CHẠY MÔ PHỎNG MÔ HÌNHPhần 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Nâng cấp kết nối toàn bộ thiết bị bao gồm điều khiển – đo lường – giám sát khối tổ máy, thiết bị thủy công cửa nhận nước và các thiết bị phụ khácvới hệ thống SCADA Trạm phân phối.6.1 Kết quả thực hiện6.2 Hướng phát triển của đề tài Ứng dụng hệ chuyên gia - lập trình chẩn đoán tình trạng các mối nối với số lượng khá lớn của trạm phân phối, từ việc thu thập dòng điện các pha của hệ thống SCADA. Tính toán tối ưu phát điện và phối hợpcác nhà máy bậc thang Bắt đầuChọn các năm để sử dụng tính toánChọn mực nước cho tuần iCập nhật dự báo nước về theo thống kê Tính toán tối ưu dài hạnXác định mục tiêu sử dụng nước tuần iTính tối ưu ngắn hạn với dòng chảy quá khứTính tối ưu chạy máy theo giờ và mực nước cuối của tuần iTính toán tối ưu dài hạnTuần cuối cùng?Kết thúcHình 7.1: Sơ đồ khối Module Hydropt XIN CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI