Trạm biến áp số giải pháp công nghệ tương lai

Giới thiệu về trạm biến áp số

Trạm biến áp là trái tim của lưới điện, phân phối điện đến các vị trí xa nhất của lưới điện. Trạm biến áp là chìa khóa cho sự an toàn và an ninh của việc cung cấp điện – vì vậy trạm biến áp phải tin cậy và hoạt động hiệu quả, truyền thông liền mạch với tất cả các thiết bị cùng hoạt động. Việc chuyển từ sử dụng trạm biến áp truyền thống sang trạm biến áp số sẽ làm tăng mức độ an toàn cho con người và thiết bị; giảm diện tích lắp đặt thiết bị đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Trạm biến áp (TBA) kỹ thuật số sẽ thay thế toàn bộ mạch điện nối cáp đồng của trạm biến áp thông thường bằng cáp quang. Việc truyền nhận dữ liệu từ các thiết bị ngoài trời vào trong nhà điều hành được “số hóa” toàn bộ. Đây là công nghệ trạm biến áp hiện đại nhất thế giới hiện nay và chính là công nghệ tương lai ngành điện.

Quá trình phát triển từ trạm biến áp truyền thống đến trạm biến áp số

Quá trình phát triển từ trạm biến áp truyền thống đến trạm biến áp số

Theo truyền thống, các trạm biến áp sử dụng cầu dao, máy biến dòng (CT), máy biến điện áp (VT) và rơ le bảo vệ, tất cả được nối dây với nhau bằng cáp đồng. Với những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số, truyền thông và tiêu chuẩn, điều này hiện đang thay đổi thành cái được gọi là trạm biến áp kỹ thuật số. Đây là phần giới thiệu về trạm biến áp kỹ thuật số và các bit và mảnh ghép cấu thành hệ thống.

Trạm biến áp kỹ thuật số

Trạm kỹ thuật số

Hình ảnh minh họa các khái niệm liên quan đến trạm biến áp kỹ thuật số. Theo cách sắp xếp, các máy trạm, thiết bị bảo vệ và đầu dò mức thấp được kết nối với nhau trên một đường trục truyền thông cáp quang. Kiến trúc hệ thống trạm biến áp được chia thành ba cấp; 1) cấp trạm nơi diễn ra các hoạt động, chức năng kỹ thuật và báo cáo, 2) cấp vịnh nơi triển khai các chức năng điều khiển và bảo vệ hệ thống và 3) cấp quá trình nơi các tín hiệu từ CT và các đầu dò khác được truyền đi.

Kiến Trúc Hệ Thống

Trạm biến áp kỹ thuật số bắt đầu với tiêu chuẩn IEC 61850 “Mạng và hệ thống thông tin liên lạc trong trạm biến áp”. Đây là tiêu chuẩn quốc tế quản lý hệ thống truyền thông, SCADA và tự động hóa trong các trạm biến áp. Nó là xương sống và khuôn khổ xung quanh đó một trạm biến áp kỹ thuật số được xây dựng.

Tiêu chuẩn này có mười phần, và cấu trúc được tóm tắt như sau:

  1. Phần 1 đến 3 – là phần tổng quan và hướng dẫn để hiểu tiêu chuẩn, ngoài việc cung cấp các quy tắc chung.
  2. Phần 4 – quản lý dự án sản phẩm và đấu thầu để lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 61850.
  3. Phần 5 và 6 – nêu chi tiết các yêu cầu giao tiếp và ngôn ngữ được sử dụng.
  4. Phần 7 – cung cấp chi tiết về các mô hình dữ liệu và giao dịch được sử dụng bởi tiêu chuẩn.
  5. Phần 8 và 9 – xác định các ánh xạ cần thiết cho trạm và xe buýt quá trình.
  6. Phần 10 – cung cấp hướng dẫn về cách thực hiện thử nghiệm sự phù hợp của việc lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 62850.

 

Trạm biến áp kỹ thuật số được thực hiện bằng cách sử dụng các phần tử và thành phần được hiển thị trong hình minh họa. Mặc dù cách sắp xếp được thể hiện không phải là cách duy nhất để thực hiện một trạm biến áp kỹ thuật số, nhưng nó đại diện cho một trong những cách tiếp cận được áp dụng phổ biến hơn. 

Bằng cách lấy các yếu tố khác nhau cần có của trạm biến áp (cầu dao, rơ le bảo vệ, CT và VT, v.v.) và kết nối các yếu tố này với nhau bằng cáp quang, việc thực hiện vật lý của trạm biến áp trở nên dễ dàng hơn đồng thời, độ tin cậy và khả năng hiểu được tăng lên. So với trạm biến áp truyền thống, nơi mọi thứ được kết nối với nhau bằng hàng trăm sợi cáp đồng riêng lẻ, những ưu điểm trở nên rõ ràng. 

Các trạm biến áp kỹ thuật số bao gồm một số thành phần và yếu tố chính.

Thiết bị điện tử thông minh (IDE)

Không có tiêu đề (2)

IED – REF615
Hình ảnh chuyển tiếp Nguồn: ABB

Các thiết bị chính của trạm biến áp (rơ le bảo vệ, bộ thay đổi vòi, CT, v.v.) được thực hiện như các thiết bị điện tử thông minh (IED). Các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau (và điều khiển trạm biến áp cấp cao hơn) thông qua mạng quang 61850.  

Sự kiện trạm con hướng đối tượng chung (GOOSE)

Mạng quang 61850 hoạt động bằng giao thức Ethernet. Trong khuôn khổ này, các tín hiệu kỹ thuật số truyền thống được truyền bằng cách sử dụng sự kiện trạm biến áp hướng đối tượng chung (GOOSE). GOOSE là định dạng dữ liệu cụ thể cho phép truyền tín hiệu trạng thái bảo vệ trong khoảng thời gian dưới 4 ms. Điều cần thiết để đảm bảo hoạt động tin cậy và kịp thời của IED được kết nối.

Trạm và Xe buýt Quy trình

Không có tiêu đề (3)


Nguồn hình ảnh chuyển mạch Ethernet công nghiệp nhỏ gọn : RuggedCom

Hai bus truyền thông này cho phép các tín hiệu được trao đổi giữa IED cấp vịnh và điều khiển trạm (xe buýt ga) và IED cấp vịnh và thiết bị hệ thống, thiết bị và đầu dò (bus xử lý).

Sơ đồ trên cho thấy trạm dự phòng kép và bus quá trình. Điều này cung cấp độ tin cậy cao hơn cho các trạm biến áp quan trọng so với một bus đơn lẻ. Hệ thống trạm và bus quá trình thường được triển khai bằng cách sử dụng các bộ chuyển mạch Ethernet (bên ngoài hoặc tích hợp sẵn trong IED), được kết nối với nhau theo cấu hình vòng. 

Đồng hồ thời gian GPS

Không có tiêu đề (4)

Đồng hồ GPS IEC 61850
Nguồn hình ảnh: Tekron

Một yêu cầu quan trọng của trạm biến áp kỹ thuật số là lưu giữ chính xác thời gian. Điều này không chỉ đảm bảo các chức năng bảo vệ hoạt động trong thời gian cần thiết, mà còn đồng bộ hóa các trạm biến áp ở các vị trí khác nhau để có thể so sánh nhật ký hoạt động và sự kiện và phân tích các sự kiện chuyến đi.

Cách tiếp cận ưa thích để đạt được điều này là sử dụng đồng hồ GPS để truyền tín hiệu đồng bộ hóa thời gian đến IED, sử dụng Giao thức thời gian mạng đơn giản (SNTP).

Hợp nhất các đơn vị

Không có tiêu đề (5)

Đơn vị hợp nhất COSI-MU
Nguồn ảnh: Alstom

Các đơn vị hợp nhất thu thập tín hiệu cho các hạng mục thiết bị và đầu dò khác nhau. Tín hiệu này sau đó được truyền qua bus quá trình tới các thiết bị khác. Khối hợp nhất là giao diện giữa các tín hiệu tương tự truyền thống và bộ điều khiển vịnh và rơ le bảo vệ.

CT và VT sợi quang điện tử

Không có tiêu đề (6)


Nguồn ảnh máy biến áp dòng điện từ quang Magneto : ABB

Một xu hướng ngày càng tăng trong trạm biến áp kỹ thuật số là việc sử dụng các bộ chuyển đổi dòng điện và điện áp quang (đôi khi được gọi là máy biến áp dụng cụ không thông thường – NCIT). Các thiết bị này hoạt động bằng cách đo những thay đổi trong hiệu suất quang học của các sợi khi có điện trường và từ trường. Các đầu dò có thể đo cả dòng điện và điện áp. 

Vì các tín hiệu được tạo ra và truyền đi bằng sợi quang, nên các tín hiệu của bộ chuyển đổi không bị ảnh hưởng đến điện áp và nhiễu điện từ có thể ảnh hưởng đến thiết bị thông thường. Các đầu dò quang học cũng có xu hướng nhỏ hơn, có các đặc tính tuyến tính được cải thiện và tái tạo chính xác hơn tín hiệu sơ cấp.

Lưu ý: phép đo dòng điện sử dụng Hiệu ứng Faraday và phép đo điện áp sử dụng Hiệu ứng Pockels.

Ưu điểm của Trạm kỹ thuật số

Trạm biến áp kỹ thuật số mang lại nhiều lợi thế so với cách sắp xếp thông thường. Bao gồm các:

  • cài đặt dễ dàng và đơn giản hơn (ít dây hơn nhiều)
  • khả năng tương tác giữa các thiết bị do các nhà sản xuất khác nhau sản xuất
  • cải thiện độ tin cậy 
  • cải thiện độ chính xác của phép đo và ghi lại thông tin
  • cải thiện vận hành và hoạt động
  • dễ dàng kết hợp các cảm biến CT và VT điện tử hiện đại
  • hiệu suất EMC tốt hơn và cách ly mạch

Hy vọng điều này đã cho mọi người một cái nhìn tổng quan. Nếu ai có gì cần bổ sung, xin vui lòng để lại bình luận.

Bình luận

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.