Panduan praktis untuk otomatisasi substation pintar dalam distribusi energi listrik

Sistem otomasi substation (SAS), seperti namanya, dibedakan oleh kapasitasnya untuk menggantikan fungsi-fungsi manual operator dengan operasi-otomatis. Operasi-otomatis memainkan peran penting dalam menjamin operasi yang aman dan andal dari transmisi dan distribusi listrik. Fungsinya meliputi, namun tidak terbatas pada, pemantauan, pengumpulan data, perlindungan, kontrol, dan komunikasi jarak jauh.

Sebelumnya, Unit Terminal Jarak Jauh (RTU) hanya digunakan sebagai perantara antara switchgear tenaga listrik di tingkat proses di substation dan sistem manajemen jaringan utilitas untuk tujuan pengawasan jarak jauh (lihat Gambar 1 di bawah).

Unit-unit ini dilengkapi dengan banyak input dan output, berfungsi sebagai antarmuka komunikasi ke pusat kendali jaringan jarak jauh. Unit Terminal Jarak Jauh (RTU) dan Pusat Kendali Jaringan (NCC) bersama-sama membentuk Sistem Pengendalian dan Pengambilan Data Supervisi (SCADA), seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.

Ada beberapa fungsi spesifik yang menonjol dari sistem otomasi substation:

• Kontrol transformasi tegangan (Load Tap Changer Control)

• Perlindungan peralatan untuk bus, garis, feeder, transformator, generator, dan peralatan lainnya.

• Menerapkan mekanisme interlock otomatis dan switching switchgear.

• Mengirimkan data pemantauan ke pusat kendali.

• Menyelesaikan gangguan sistem tenaga listrik baik secara lokal maupun jarak jauh.

• Membangun komunikasi dengan substation lain (intra-substation) dan pusat kendali regional.

Misalnya, banyak fungsi dalam Sistem Otomasi Substation (SAS) dikoordinasikan untuk secara otomatis memulihkan dari kerusakan peralatan atau kegagalan pendek sirkuit. Fungsi-fungsi ini melibatkan banyak perangkat, dengan tanggung jawab mereka dialokasikan antara peralatan primer (seperti circuit breaker, transformator, instrument transformator, dll.) dan peralatan sekunder (seperti relai pelindung, unit merging, perangkat elektronik cerdas).

Gambar 1 - Sistem Otomasi Substation: Arsitektur Sistem SCADA Klasik

Akibatnya, kabel dan koneksi kawat antara perangkat dan peralatan ini menjadi kompleks, memerlukan usaha dan waktu yang signifikan untuk perawatan, perbaikan, ekspansi, atau operasi modifikasi. Upaya telah dilakukan untuk mengurangi jumlah kabel dan kawat dengan menerapkan jaringan komunikasi seri di tingkat-tingkat berbeda hierarki substation. Inisiatif-inisiatif ini telah mengarah pada solusi proprietary yang dikembangkan oleh penyedia peralatan substation.

Perusahaan-perusahaan besar, termasuk kelompok non-profit seperti Arsitektur Komunikasi Utilitas (UCA) yang terdiri dari pemasok peralatan substation dan pengguna utilitas, aktif bekerja untuk meningkatkan komunikasi substation. Mereka melakukan ini dengan berpartisipasi dalam pengembangan standar internasional untuk meningkatkan kompatibilitas fungsional dan mengusulkan arsitektur yang menawarkan bandwidth jaringan yang lebih tinggi. Tujuannya adalah untuk meningkatkan keandalan komunikasi baik di dalam substation maupun antar substation yang berbeda.

Arsitektur hierarki otomasi substation dalam SAS dikategorikan berdasarkan implementasi teknologi. Sistem otomasi substation terdiri dari tiga tingkat: tingkat stasiun, tingkat bay, dan tingkat proses (seperti yang digambarkan dalam Gambar 2). Tingkat-tingkat ini dapat dimanfaatkan untuk mencapai fungsionalitas yang beragam. Dalam hal spesifikasi teknis, dimensi sistem otomasi substation (SAS) di substation transmisi tegangan extra tinggi akan lebih besar dibandingkan dengan substation distribusi tegangan tinggi.

Dalam substation modern, tingkat bay merupakan fitur umum, meskipun pada awal pengembangan SAS, konsep tingkat bay belum dikenali.

Secara umum, sensor mengukur magnitudo arus dan tegangan yang sangat besar. Transformator arus dan tegangan (CTs/VTs) digunakan untuk mengubah jumlah arus dan tegangan yang besar menjadi nilai standar, yang kemudian disalurkan ke input relai. Nilai-nilai yang diskala biasanya berkorespondensi dengan 5A (1A di Eropa) untuk arus dan 120 Volt untuk tegangan. Secara esensial, relai pelindung atau perangkat elektronik cerdas modern menerapkan logika perlindungan.

Gambar 2 - Struktur Sistem Otomasi Substation yang menunjukkan tingkat stasiun, bay, dan proses

Perangkat-perangkat ini mendeteksi dan mengukur level arus dan tegangan listrik untuk menghitung nilai-nilai tertentu yang dipantau oleh logika perlindungan, seperti arus listrik pada dua sisi yang berbeda dari transformator Tegangan Extra Tinggi (EHV)/Tegangan Tinggi (HV). Ketika parameter melebihi nilai tertentu (pengaturan pickup), logika perlindungan akan bertindak sesuai dengan urutan langkah yang telah ditentukan atau algoritma kontrol yang diprogram. Biasanya, ketika masalah muncul, sinyal trip dikirim ke circuit breaker yang sesuai untuk mengisolasi garis atau bus.