Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ 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 biế
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Trang 2Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ SCADA 13
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110/35/22KV TIÊN DU 20 2.1 Tổng quan về trạm biến áp 110/35/22 kV Tiên Du 20
2.1.1 Vị trí địa lý, vai trò của trạm 110/35/22 kV Tiên Du 20
2.1.2 Quy mô TBA 110kV Tiên Du 21
2.1.3 Sơ đồ nối điện và thiết bị các ngăn lộ của trạm 23
2.2.14 Máy biến điện áp TUC41 36
2.2.15 Máy biến điện áp 110kV 37
2.2.16 Máy biến dòng điện 110kV 42
2.2.17 Hệ thống điện một chiều trong trạm 46
Trang 3Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SCADA VÀO GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 110KV TIÊN DU 48
3.1 Giới thiệu hệ Web SCADA với IOT Vbox 48
3.2 Danh sác các biến: 51
3.3 Xây dựng giao diện và thuật toán điều khiển sử dụng trên nền tảng V- NET 55
3.4 Thuật toán điều khiển sử dụng trên nền tảng V- NET 63
3.4.1 Yêu cầu về thiêt kế hệ thống điều khiển 63
3.4.2 Sơ đồ thuật toán điều khiển trạm 110kV Tiên Du 65
3.5 Mô hình thực nghiệm: 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
Trang 4Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MODBUS Chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp
RTURemote Terminal Unit
TCP/IPTransmission Control Protocol/Internet Protocol)
PLC Programmaple Logic Controller HMIHuman Machine Interface
ISOOpen Standards Organization
Trang 5Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 1 Thông số kỹ thuật của chuẩn truyền thông RS232 15 Bảng 1 2 Thông số kỹ thuật của chuẩn truyền thông RS485 17
Trang 6Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Trang 7Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỞ 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
Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Kỹ thuật điện Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, em đã kết thúc khóa học và đã tích lũy được vốn kiến thức nhất định Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong Khoa Điện em được giao luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống SCADA cho trạm biến áp 110KV Tiên Du E27.31”
1 Mục đích nghiên cứu:
Mục tiêu cơ bản luận văn là nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm biến áp 110KV Qua luận văn này người viết cũng trình bày giải pháp điều khiển và giám sát trạm biến áp 110KV từ xa thông qua IOT Vbox và Web
Trang 8Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2 Nhiệm vụ nghiên cứu:
Đưa ra được những kiến thức, những bước cơ bản để ứng dụng phương pháp phân tích sóng phản hồi đẻ định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện 110KV
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
dụng hệ Web SCADA với IOT Vbox
4 Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp nghiên cứu là: Phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương pháp thống kê thu thập dữ liệu
Phân tích xác định rõ hiện trạng và nhu cầu sử dụng và yêu cầu đối với giải giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu cho trạm biến áp 110KV
Nghiên cứu, tìm hiểu giải pháp, công nghệ đã có của nước ngoài kết hợp với các kết quả ở trong nước tiến hành nghiên cứu phát triển giải pháp điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu cho trạm biến áp 110KV phù hợp với điều kiện vận hành và điều kiện kinh tế của điện lực; Tìm hiểu hệ thống SCADA và các ứng dụng trong hệ thống điện Tìm hiểu thực trạng thiết bị, hệ thống bảo vệ và điều khiển tại trạm biến áp 110KV
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống SCADA cho trạm biến áp 110KV Tiên Du E27.31 giúp theo dõi thu thập và xử lý dữ liệu của trạm biến áp theo thời gian thực Với Hệ thống SCADA giúp tương tác trực tiếp với các thiết bị như máy cắt, dao cách ly thông qua giao diện người và máy Các sự kiện như thông số máy biến áp, sự cố nếu có được ghi lại thành file nhật ký
6 Nội dụng đề tài
Đề tài gồm 3 chương:
Trang 9Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chương 1: Tổng quan về SCADA trong hệ thống điện
Chương 2: Giới thiệu chung về trạm biến áp 110KV Tiên Du E27.31
Chương 3: Ứng dụng hệ thống SCADA vào giám sát và điều khiển trạm biến áp 110KV Tiên Du
Trang 10Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 TỔNG QUAN VỀ 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
Trang 11Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.2 CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA
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
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 trênđều 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
Trang 12Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.3 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG SCADA
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
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
Trang 13Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
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
1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ SCADA
1.4.1 Giới thiệu
Để hai hoặc nhiều thực thể có thể truyền thông, chúng phải nói cùng một ngôn ngữ (giao thức) và tuân theo những cách nhất định cho việc khởi đầu, thông suốt và kết thúc truyền thông Giao thức SCADA ra đời vì sự cần thiết gửi và nhận dữ liệu, điều
Trang 14Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
khiển thông tin cục bộ và qua các khoảng cách xa trong khoảng thời gian dự tính Để thực hiện truyền thông trong các khoảng thời gian dự tính trong các ứng dụng SCADA, các nhà sản xuất PLC phát triển các giao thức và các kiến trúc truyền thông bus cho riêng họ
Các mức độ truyền thông cùa hệ thống SCADA lớn
Hình 1 4 Sơ đồ truyền thông hệ SCADA
Một số chuẩn mạng truyền thông mở thông dụng đƣợc liệt kệ ở bảng sau:
Bảng 1 3 Một số chuẩn mạng truyền thông
Nhiều trong số các giao thức này là độc quyền.Vào những năm 1990, các nhóm điều khiển công nghiệp và các tổ chức về tiêu chuẩn bắt đầu phát triển các giao thức mở, không độc quyền và không dành riêng cho một nhà sản xuất nào Sau này, khi Internet phổ biến, các công ty cố gắng lợi dụng các giao thức và công cụ đƣợc phát triển cho mạng Internet, nhƣ giao thức TCP/IP và trình duyệt Internet Thêm vào các nhà sản xuất và tiêu chuẩn mở đã sửa đổi công nghệ Ethernet LAN đã phổ biến và hiệu quả sử dụng cho mạng thu thập dữ liệu và điều khiển cục bộ
Trang 15Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.4.2 Mô hình OSI
Mô hình OSI (Open Systems Interconnection) phát triển bởi ISO (Open Standards Organization) vào đầu năm 1980.Trong mô hình này, dữ liệu từ lớp trên được đóng gói bởi lớp thấp hơn kế nó khi nó đi từ lớp cao đến lớp thấp hơn
1.4.3 Mô hình TCP/IP
Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) được phát triển vào những năm 1970 bởi U.S TCP/IP cung cấp lực cho Internet và đã trở thành tiêu chuẩn nền tảng cho Internet Mô hình TCP/IP bốn lớp được miêu tả như sau
Hình 1 5 Mô hình TCP/IP
1.4.4 Giao thức MODBUS
Cuối những năm 1970, Gould Modicon phát triển giao thức MODBUS MODBUS được đặt ở lớp 7 trong mô hình OSI và hổ trợ truyền thông chủ/khách (chủ/tớ) giữa các PLC Giao thức MODBUS định nghĩa các phương pháp cho một PLC truy cập vào một PLC khác Giao thức này hổ trợ các giao thức khác như truyền thông bất đồng bộ chủ/tớ, Modicon MODBUS Plus, và Ethernet MODBUS cũng dựa trên mô hình OSI, mặc dù không phải tất cả các lớp điều được sử dụng
1.4.5 Truyền thông dữ liệu nối tiếp
Trang 16Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Tất cả hệ thống truyền dữ liệu gồm có các thành phần sau:
- Dữ liệu nguồn (Source, VD: Máy tính) yêu cầu cần phải có một mạch chuyển đổi tín hiệu thích hợp gọi là bộ phát (Transmiiter)
- Đường truyền (Cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục, …) nó truyền một thông điệp đến bộ thu tại đầu cuối
- Bộ nhận dữ liệu (receiver) chuyển đổi tín hiệu ngược lại mà có thể được sử dụng bởi mạch điện
1.4.6 Cấu trúc liên kết mạng truyền thông
Để thực hiện quá trình điều khiển giám sát trong hệ thống SCADA, các thành phần phải thiết lập được các mối liên kết với nhau Tuy theo quy mô của hệ thống SCADA mà mạng truyền thông hỗ trợ các mối liên kết sau:
1 Liên kết điểm – điểm (point – to – point): Chỉ có hai đối tác tham gia, chỉ nối được 2 trạm với nhau Vì vậy cần nhiều đường truyền riêng biệt
2 Liên kết điểm – nhiều điểm (Multi – drop): Nhiều đối tác tham gia, Chỉ duy nhất (Trạm chủ) có khả năng phát trạm còn lại (Trạm tớ) thu nhận cùng một lúc Việc giao tiếp theo chiều ngược lại theo kiểu điểm – điểm
3 Liên kết nhiều điểm: Mối liên kết có nhiều đối tác tham gia và trao đổi thông tin qua lại tự do theo bất kỳ hướng nào Bất kỳ đối tác nào cũng có quyền phát và bất cứ trạm nào cũng nghe được.Có thể sử dụng một cáp dẫn duy nhất để nối mạng giữa các đối tác Dựa trên các cấu trúc liên kết chúng ta có các dạng cấu trúc cơ bản trong truyền thông của hệ thống SCADA
1.4.7 Chuẩn giao tiếp RS232
Chuẩn giao tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi hiện nay để nối ghép các thiết bị ngoại vi với máy tính Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là hai thiết bị , chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 15m, tốc độ 20kbit/s (Ngày nay có thể cao hơn)
Trang 17Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Bảng 1 4 Thông số kỹ thuật của chuẩn truyền thông RS232
1.4.8 Chuẩn giao tiếp RS485
Khi một mạng cần phải chuyển các khối nhỏ thông tin trên một khoảng cách dài, RS-485 thường là chuẩn giao tiếp được lựa chọn Các nút mạng có thể là máy tính cá nhân, vi điều khiển, hoặc bất kỳ thiết bị có khả năng truyền thông nối tiếp không đồng bộ So với Ethernet và giao diện mạng khác, phần cứng và giao thức yêu cầu của RS-485 đơn giản hơn và rẻ hơn
Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kỳ thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua RS485 Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng cách là 4000 feet (1200m)
Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau Điều này làm cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu vẫn nhận
Trang 18Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều quan trọng Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao tiếp được trải ra trên diện rộng
Bảng 1 5 Thông số kỹ thuật của chuẩn truyền thông RS485
1.4.9 Bộ biến đổi quang điện và điện quang
Converter quang - Bộ chuyển đổi quang điện là
thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu điện sang tín hiệu quang và ngược lại, thường được ứng dụng trong các hệ thống cần truyền tải dữ liệu tốc độ cao, khoảng cách lớn và đòi hỏi khắt khe về sự ổn định của tính hiệu
Ứng dụng của Converter quang - bộ chuyển đổi quang điện:
Hiện nay, các chuẩn mạng, truyền thông đang hoạt động trên môi trường cáp đồng và có nhược điểm là tốc độ thấp, khoảng cách truyền bị hạn chế, hệ thống hoạt động không ổn định do dễ bị nhiễu về điện từ, Do các hạn chế của cáp đồng mà ngày nay cáp quang đã, đang và sẽ là một giải pháp hoàn hảo để thay thế cho cáp đồng, và
Trang 19Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
converter quang - bộ chuyển đổi quang điện là thiết bị không thể thiếu khi triển khai các hệ thống truyền dữ liệu trên nền cáp quang
Converter quang - bộ chuyển đổi quang điện hiện nay có rất nhiều chủng loại, mỗi loại dùng cho mỗi ứng dụng khác nhau tùy theo từng chuẩn tín hiệu Dưới đây là một số ứng dụng được sử dụng nhiều nhất:
quan, nhà máy,
cách lớn mà không làm giảm chất lượng của tín hiệu
Hệ thống truyền thông trong công nghiệp
Chủng loại, cách lựa chọn Converter quang - bộ chuyển đổi quang điện điện
phù hợp Hiện nay đang tồn tại song song hai loại cáp quang là Multimode và Singlemode do vậy bộ chuyển đổi quang điện cũng được phân ra làm hai loại tương ứng với mỗi loại cáp quang
có khoảng cách truyền tối đa là 2 ~ 5Km tùy từng hãng sản xuất, và thường được sử dụng trong mạng nội bộ của các doanh nghiệp, cơ quan, nhà máy,
có khoảng cách truyền xa hơn, có thể lên tới 120Km và thường được sử dụng trong ngành viễn thông, truyền hình, hoặc các ứng dụng đòi hỏi khoảng cách truyền >5Km
Khi triển khai một hệ thống cáp quang có khoảng cách dưới 5Km chúng ta nên sử dụng cáp quang và bộ chuyển đổi quang điện Multimode, và sử dụng cáp quang cũng như bộ chuyển đổi Singlemode khi khoảng cách vượt quá 5Km Việc sử dụng không đúng theo khuyến cáo có thể hệ thống sẽ vẫn hoạt động được như độ ổn định không cao do bộ chuyển đổi quang điện (Fiber Media Converter) có 2 thông số rất quan trọng là công suất phát và độ nhạy, nếu trong phạm vi ngắn mà bạn sử dụng Singlemode thì công suất phát vượt vùng độ nhạy dẫn tới tín hiệu không nhận được và ngược lại đối với khi sử dụng Multimode
Trang 20Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110/35/22 KV TIÊN DU
2.1 Tổng quan về trạm biến áp 110/35/22 kV Tiên Du
2.1.1 Vị trí địa lý, vai trò của trạm 110/35/22 kV Tiên Du
Trạm 110kV Tiên Du thuộc Công Ty điện lực Bắc Ninh được khởi công xây dựng từ ngày 30/04/2021và được đóng điện ngày 06 tháng 5 năm 2022
Tổng dung lượng của trạm hiện nay là 2x63MVA, số lượng máy biến áp hiện có là 02 có công suất 63MVA
+ Phía 110kV: Xây dựng mới TBA 110kV Tiên Du với sơ đồ hệ thống 01 thanh cái có máy cắt phân đoạn bố trí kiểu sơ đồ cầu đầy đủ (chữ H), gồm 02 ngăn lộ đường dây đến; 02 ngăn MBA và 01 ngăn liên lạc; hiện nay, lắp đặt: 02 ngăn lộ đường dây, 01 ngăn MBA 110kV và ngăn liên lạc, có dự phòng đất để phát triển lắp đặt ngăn lộ MBA T2
+ Phía 35 kV: Thiết kế theo sơ đồ 1 hệ thống thanh cái có máy cắt phân đoạn Trước mắt lắp đặt phân đoạn 1: Gồm 01 tủ máy cắt tổng; 01 tủ đo lường; 01 tủ dao cắm và 03 tủ máy cắt xuất tuyến
+ Phía 22kV: Thiết kế theo sơ đồ 1 hệ thống thanh cái có máy cắt phân đoạn Trước mắt, lắp đặt phân đoạn 1: Gồm 01 tủ máy cắt tổng, 01 tủ đo lường, 01 tủ tự dùng, 01 tủ dao cắm và 04 tủ máy cắt xuất tuyến;
+ Hệ thống điều khiển, bảo vệ, đo lường: Được trang bị các thiết bị tiên tiến có bộ vi xử lý phù hợp với phương thức điều khiển hiện tại và trong tương lai có chuẩn giao thức IEC-61850, IEC-60870-101/104 hù hợp quy định của EVN và EVNNPC Tuân thủ quy phạm và các quy định hiện hành, sẵn sàng kết nối với trung Tâm điều khiển xa tỉnh Bắc Ninh và A1
+ Hệ thống SCADA: Trạm được trang bị Gateway/WorkStation/HMI cùng với thiết bị viễn thông phục vụ kết nối giữa hệ thống ĐK giám sát với hệ thống SCADA của TTĐKX và A1
+ Nguồn điện tự dùng: Nguồn điện tự dùng xoay chiều 380/220V được cấp điện từ 03 MBA tự dùng TD31-38.5/0.4kV-100kVA và TD41 – 23/0.4kV -100kVA
Hệ thống xoay chiều được trang bị hệ thống đóng cắt (MCB MCCB) có trang bị cặp tiếp điểm báo trạng thái lên hệ thống HMI
Trang 21Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
+ Nguồn điện một chiều: Được cấp điện bởi HT gồm 02 tổ ắc quy mỗi tổ gồm 108 bình ắc quy 2V -200AH Hệ thống ắc quy thường xuyên được nạp thông qua hệ thống chỉnh lưu Được trang bị hệ thống giám sát ắc quy online cho từng bình ắc quy nhằm mục đích phát hiện chính xác bình ắc quy nào hư hỏng để thay thế kịp thời Giám sát thông số của ắc quy từ xa, cảnh báo sớm sự cố từng bình ắc quy
+ Hệ thống chống sét đánh thẳng: Được bảo bệ bởi hệ thống kim thu set lắp trên đỉnh cột cổng ở độ cao +15m và tại đỉnh cột chiếu sáng độc lập+18m toàn bộ các thiết bị trong trạm đều được bảo vệ trong vùng của hệ thống chống sét đánh thẳng
+ Hệ thống chống sét lan truyền: Được trng bị hệ thống CSV để bảo vệ sóng set lan truyền từ đường dây vào TBA và tránh quá điện áp nội bộ
+ Hệ thống nối đất: Lưới nối đất dải bằng thép dẹt 40x4 thành các ô lưới, liên kêt với cọc tiếp địa L63x63x6 dài 2.5m và 3.0m được dải xuống mặt nền tự nhiên trước khi san nền liên kết giữa các cọc và lưới bằng hàn điện
+ Hệ thống camera giám sát: Toàn trạm được trang bị hệ thống camera giám sát lắp đặt trên các cột đỡ và lắp trên trần phòng ĐKTT, PP Sử dụng loại camera không định hướng với các tính năng kỹ thuật cao, độ phân giải hình ảnh lớn, Zoom xa được kết nối về TTĐKX Bắc Ninh để giúp cho NVVH theo dõi giám sát thiết bị từ xa
+ Hệ thống PCCC: Được thiết kế xây dựng theo đúng cac tiêu chuẩn, quy định về PCCC của Tập đoàn điện lực Việt Nam và các quy định về luật PCCC của chính phủ Trang bị 01 động cơ điện chữa cháy công suất 45kW, 01 độc cơ DIEZEL công suất 45kW, Các đầu báo nhiệt, báo khói và đầu báo nhiệt phòng nổ được lắp đặt tại MBA và phòng ĐKTT, phòng PP35,22kV, phòng kho, phòng ắc quy Hệ thống được kết nối về tủ báo cháy địa chỉ trung tâm và kết nối về TTĐKX Bắc Ninh
2.1.2 Quy mô TBA 110kV Tiên Du
Phía 110kV: Trạm 110kV Tiên Du hiện đang nhận điện từ 2 lộ đường dây 110kV:
- Đường dây 178 E27.10 ( 178 trạm 220kV Bắc Ninh 2)
- Đường dây 173 E27.6(220KV Bắc Ninh); 171 E27.5 Quế Võ, 131 E7.5 Kính Nổi, 131 E7.2 Khắc Niệm
- MBAT1 công suất 63MVA 110/38.5/23kV
* Phía 35kV: Trạm cấp điện cho 03 lộ xuất tuyến 35kV:
+ Lộ xuất tuyến 371: cấp cho MBA TD31 và 01 phần phụ tải dân sinh huyện Tiên Du
Trang 22Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
+ Lộ xuất tuyến 373: Cấp điện cho phụ tải dân sinh huyện Tiên Du + Lộ xuất tuyến 375: Cấp điện cho phụ tải dân sinh huyện Tiên Du
* Phía 22kV: Trạm cấp điện cho 03 lộ xuất tuyến 22kV:
+ Lộ xuất tuyến 471: cấp điện cho phụ tải dân sinh 01 phần ĐL thành phố Bắc Ninh và huyện Tiên Du
+ Lộ xuất tuyến 473: cấp điện cho phụ tải dân sinh 01 phần ĐL thành phố Bắc
Ninh và huyện Tiên Du
+ Lộ xuất tuyến 475: Đang dự phòng + Lộ xuất tuyến 477: Đang dự phòng
Với chức năng và nhiệm vụ quan trọng trong việc an toàn cung cấp điện và đảm bảo vận hành an toàn nên yêu cầu trình độ của cán bộ nhân viên trong trạm được đòi hỏi rất cao
Yêu cầu đối với trạm trưởng là kỹ sư được đào tạo chuyên ngành về điện có trình độ chuyên môn cao nhất Đồng thời là người lãnh đạo trực tiếp cao nhất của trạm Trạm trưởng chịu trách nhiệm quản lý con người, quản lý vận hành an toàn mọi thiết bị, mọi công trình và mọi mặt hoạt động của trạm trước lãnh đạo đơn vị và Giám đốc Công ty Luôn nắm vững các sơ đồ mạch điện trong trạm, những quy trình quy phạm về quản lý, vận hành và xử lý những sự cố về kỹ thuật trong trạm Đồng thời là người đề ra những nội quy riêng của trạm về mọi lĩnh vực để đảm bảo an toàn cho các trang thiết bị cùng cơ sở vật chất có trong trạm
Tất cả cán bộ nhân viên của trạm đều phải chấp hành và chịu sự lãnh đạo trực tiếp của trưởng trạm
Đối với trực chính trong trạm cũng là kỹ sư được đào tạo chuyên ngành về điện, nắm vững mọi quy trình về thao tác chuyển đổi các trang thiết bị vận hành và những điều kiện cần thiết của công việc đòi hỏi
Trong thời gian đi ca trực chính chịu trách nhiệm phân công điều hành mọi công việc trong ca và phải chịu trách nhiệm về mọi hành vi vi phạm quy trình, quy phạm, vi phạm kỷ luật lao động và vi phạm chính sách pháp luật của nhân viên vận hành và nhân viên bảo vệ của ca đang làm việc
Trong việc thực hiện nhiệm vụ thao tác các thiết bị trong trạm, trực chính phải trực tiếp chịu trách nhiệm về chế độ phiếu thao tác, công tác đã quy định Kiểm tra theo dõi tình hình vận hành thiết bị của trạm lúc bình thường cũng như lúc có sự cố Trực chính còn có nhiệm vụ chỉ huy ca mình, tự tổ chức tham gia các công việc sửa
Trang 23Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chữa thí nghiệm, kiểm tra các thiết bị đã được Công ty điện lực Bắc Ninh phân cấp nếu có yêu cầu hay chỉ đạo của trạm trưởng
Đối với trực phụ yêu cầu đòi hỏi phải có trình độ trung cấp điện trở lên là người trực tiếp thao tác và trong thời gian đi ca trực phụ chấp hành sự phân công điều hành của trực chính và cùng trực chính chịu trách nhiệm theo quy phạm trách nhiệm của mình để đảm bảo quản lý vận hành và bảo vệ toàn bộ thiết bị trạm
- Bảo vệ giữ gìn trật tự an ninh trong trạm - Bảo vệ tài sản và các công trình của trạm
- Nghiêm cấm mọi người không có nhiệm vụ vào trạm
Công suất của trạm được thiết kế với quy mô lắp đặt 2 MBA (tổng công suất 2x63MVA) Hiện tại trạm đã hoàn thành giai đoạn một vì vậy mới chỉ đưa vào vận hành một MBA T1 với công suất 63MVA các cấp điện áp 110/35/22kV
2.1.3 Sơ đồ nối điện và thiết bị các ngăn lộ của trạm
Trang 24Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Trang 25Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Loại máy: máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, ngâm dầu, đặt ngoài trời
- Công suất danh định:
Trang 26Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
+ Cuộn hạ áp: 63000kVA
- Công suất khi làm mát tự nhiên:
+ Nguồn cung cấp điện cho quạt: 3 pha - 380/220VAC - Nguồn điện để điều khiển, tự dùng:
- Khoảng cách rò điện tối thiểu: 25mm/kV (cho cả ba phía 115 - 38,5 - 23kV) - Mức tiếng ồn: dưới 80dB ở khoảng cách 3m
- Khả năng quá tải của máy biến áp: Theo tiêu chuẩn IEC - 354 - Giới hạn độ tăng nhiệt:
Trang 27Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Tổn hao không tải:
+ Phía 115kV: điều chỉnh điện áp dưới tải, nấc điều chỉnh 9×1,78% + Phía 38,5kV: điều chỉnh điện áp không tải, nấc điều chỉnh 2×2,5%
Đặc điểm cấu tạo
- Máy biến áp được thiết kế chế tạo theo mô hình máy 110kV Liên Xô GOST 11677-85 sau khi chế tạo thử đã cải tiến và áp dụng theo TCVN 6306 - 97 (tương đưong IEC - 76) Các máy 110kV sản xuất theo mẫu này đã được nghiệm thu và đưa vào vận hành an toàn trên lưới điện quốc gia
- Các tham số chính - lựa chọn xác định theo yêu cầu đặt hàng và địa chỉ lắp đặt vận hành máy
- Máy biến áp chịu được quá tải theo quy định tại IEC - 354
Trang 28Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Máy thiết kế để làm việc trong điều kiện khí hậu phù hợp tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 434 - 90
+ Lắp đặt, vận hành ở vị trí có độ cao không quá 1000m so với mặt nước biển - Cấp cách nhiệt: cấp A chịu được nhiệt độ làm việc cho phép lớn nhất 1050C - Cấp cách điện: chịu được thử nghiệm điện áp và tần số cao theo IEC - 76,3 - Lõi thép chế tạo theo công nghệ mới loại 3 pha trụ được cắt và ghép chéo chính xác để giảm tổn hao không tải cho máy biến áp Dùng thép lá kỹ thuật điện dẫn từ định hướng chất lượng cao loại Π1ЭTA GOST 21427.1.83
- Dây cuốn được thiết kế bảo vệ điện dung chống sét, bối dây có nhiều đầu phân nhánh ứng các nấc điện áp
- Một số chi tiết ở ruột máy được chế tạo bằng vật liệu phi từ tính, phía trong vỏ máy có gắn các vách chống nhiễm từ, một số vị trí có kết cấu đặc biệt để giảm tổn hao phụ cho máy biến áp
- Vỏ máy thiết kế theo kiểu nhấc chuông hàn kín Bảo đảm kín dầu và chắc chắn, chịu độ chân không tối đa 760mmHg trong thử nghiệm
Trang 29Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Trang 30Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2.2.4 Máy cắt 110kV 171
Là loại GL312 - F1 do Đức sản xuất Máy cắt
- Thời gian chịu dòng ngắn mạch định mức 3s với dòng ngắn mạch 40kA
theo kiểu thổi
- Máy cắt có một cuộn đóng và hai cuộn cắt làm việc song song
b) Cấu tạo chung
Máy cắt GL312 - F1 gồm những bộ phận sau: - Buồng cắt:
+ Có vỏ ngoài bằng sứ cách điện
+ Tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm tĩnh dập hồ quang + Tiếp điểm động và tiếp điểm động dập hồ quang - Tầng sứ đỡ:
Có nhiệm vụ để cách điện với khung máy, bên trong có thanh cách điện một đầu nối với tiếp điểm động ở tầng trên, đầu dưới nối với tay đòn cơ khí của BTĐ
- Giá đỡ gồm:
Trang 31Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
+ Xà ngang, khung để gắn các cực của máy cắt
+ Bộ phận liên kết các thanh thao tác và thanh cách điện
cần cắt điện và không gây mất khí - Bộ truyền động lò xo
Cơ cấu tích năng lò xo cho phép thực hiện chu trình thao tác định mức Phần cơ khí được đặt trong tủ BTĐ Mặt trước (khi mở cửa) gồm các thiết bị thao tác, điều khiển
- Thao tác đóng: khi có lệnh thao tác đóng bằng khóa điều khiển (điện) hay bằng tay (cơ khí) năng lượng của lò xo đóng đặt tại BTĐ được giải phóng Năng lượng này truyền qua trục quay đến các thanh thao tác của các cực làm máy cắt Trong quá trình này một phần năng lượng qua cơ cấu cơ khí, tích năng lò xo cắt
- Thao tác cắt: khi có lệnh cắt, năng lượng của lò xo cắt trong cơ cấu thao tác được giải phóng qua trục quay chuyển đến thanh thao tác cực cắt làm cắt tiếp điểm
d) Nguyên tắc dập hồ quang
Khi tiếp điểm động dập hồ quang rời nhau, hồ quang xuất hiện và năng lượng của
thổi hồ quang và khi dòng điện biến thiên qua trị số 0 hồ quang bị dập tắt
2.2.5 Dao cách ly 110kV
Dao cách ly là khí cụ điện để đóng cắt mạch điện cao áp không có dòng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần và tạo nên khoảng cách cách điện an toàn có thể nhìn thấy được
Dao cách ly 110kV gồm: 112 - 2, 112 - 1, 171 - 1, 171 - 7, 131 – 1,131-3 là loại dao MESA của Tây Ban Nha chế tạo
Trang 32Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Là thiết bị chống sét dùng để bảo vệ các thiết bị điện tránh được hư hỏng cách điện do quá điện áp khí quyển (thường do sét)
Trang 33Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Có kèm bộ đếm sét
a) Cấu tạo
Chống sét van loại Varistar U2 là loại chống sét ôxit kẽm dùng công nghệ mới nhất để bảo vệ các thiết bị trung thế Các chống sét này là loại chống sét không khe hở, được chế tạo theo từng pha, đường kính của các đĩa ôxit kẽm là 49mm Vỏ chống sét được làm từ vật liệu Polyme cao su Silicon
b) Nguyên lý hoạt động
- Trong điều kiện làm việc bình thường điện áp đặt lên 2 cực của chống sét là điện áp pha Ở điện áp này các đĩa điện trở ôxit kim loại không dẫn điện
- Khi có quá điện áp, điện áp đặt lên hai cực của chống sét rất lớn, các đĩa điện trở ôxit kim loại trở nên dẫn điện Do đó dễ dàng thoát dòng điện sét để đảm bảo mức điện áp dư thấp, an toàn cho thiết bị được bảo vệ
Dòng điện định mức In: 1250A
Trang 34Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Thời gian chịu dòng ngắn mạch: 3s Áp lực khí SF6: 2bar
Chu trình làm việc: cắt 3 giây - đóng, cắt - 3 phút c Chống sét van 38,5kV (Thanh cái MBA)
Chống sét van phía 38,5kV (thanh cái MBA)
Trang 35Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Tần số định mức: f = 50Hz
- Định mức điện áp tần số công nghiệp: 85kV - Mức chịu điện áp sung sét: 185kV
Hãng sản xuất MERLINGERIN của Pháp
Trang 36Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Một cơ cấu gồm 3 buồng dập tắt hồ quang - Một cơ cấu hoạt động cơ khí
- Một cơ cấu điều chỉnh các khối liên kết giữa các phần chính
Trang 37Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Định mức chịu điện áp tần số công nghiệp: 50kV - Mức chịu điện áp sung sét: 125kV
- Công suất: 200VA - Dòng định mức: 10ª
- Hãng sản xuất: ALSTOM - Indonesia
2.2.15 Máy biến điện áp 110kV
Trang 38Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
V
b) Sơ đồ đấu dây máy biến điện áp
Trang 39Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
c) Máy biến điện áp KGT - 125