Hướng dẫn thực tế về tự động hóa trạm biến áp thông minh trong phân phối năng lượng điện
Hệ thống tự động hóa trạm biến áp (SAS), như tên gọi của nó, được phân biệt bởi khả năng thay thế các chức năng tự động cho các nhiệm vụ của nhân viên vận hành. Các hoạt động tự động đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và đáng tin cậy trong vận hành truyền tải và phân phối điện. Các chức năng của nó bao gồm, nhưng không giới hạn ở, giám sát, thu thập dữ liệu, bảo vệ, điều khiển và giao tiếp từ xa.
Trước đây, các đơn vị đầu cuối từ xa (RTUs) chỉ được sử dụng làm trung gian giữa thiết bị chuyển mạch điện ở cấp độ quá trình trong trạm biến áp và hệ thống quản lý mạng lưới của các công ty điện lực cho mục đích giám sát từ xa (xem Hình 1 dưới đây).
Các đơn vị này được trang bị nhiều đầu vào và đầu ra, đóng vai trò là giao diện giao tiếp với các trung tâm kiểm soát mạng lưới từ xa. Các đơn vị đầu cuối từ xa (RTUs) và Trung tâm Kiểm soát Mạng lưới (NCC) cùng tạo thành Hệ thống Giám sát và Thu thập Dữ liệu (SCADA), như được mô tả trong Hình 1.
Có một số chức năng cụ thể đáng chú ý của hệ thống tự động hóa trạm biến áp:
Ví dụ, nhiều chức năng trong Hệ thống Tự động hóa Trạm biến áp (SAS) được phối hợp để tự động khôi phục từ các lỗi thiết bị hoặc sự cố ngắn mạch. Các chức năng này liên quan đến nhiều thiết bị, với trách nhiệm được phân chia giữa thiết bị chính (như cầu đứt mạch, máy biến áp, máy biến dòng, v.v.) và thiết bị phụ trợ (như rơle bảo vệ, đơn vị hợp nhất, thiết bị điện tử thông minh).
Hình 1 - Hệ thống Tự động hóa Trạm biến áp: Cấu trúc của Hệ thống SCADA cổ điển
Do đó, các kết nối cáp và dây giữa các thiết bị và thiết bị này trở nên phức tạp, đòi hỏi nỗ lực lớn và thời gian dài để bảo trì, sửa chữa, mở rộng hoặc thay đổi. Đã có những nỗ lực nhằm giảm lượng cáp và dây bằng cách triển khai các mạng giao tiếp nối tiếp ở các cấp độ khác nhau của hệ thống trạm biến áp. Những sáng kiến này đã dẫn đến các giải pháp độc quyền được phát triển bởi các nhà cung cấp thiết bị trạm biến áp.
Các tập đoàn lớn, bao gồm cả các tổ chức phi lợi nhuận như Kiến trúc Giao tiếp Công nghiệp (UCA) bao gồm các nhà cung cấp thiết bị trạm biến áp và người dùng công nghiệp, đang tích cực làm việc để cải thiện giao tiếp trạm biến áp. Họ đang làm điều này bằng cách tham gia vào việc phát triển các tiêu chuẩn quốc tế để nâng cao tính tương thích chức năng và đề xuất các kiến trúc cung cấp băng thông mạng cao hơn. Mục tiêu là cải thiện độ tin cậy của giao tiếp cả bên trong trạm biến áp và giữa các trạm biến áp khác nhau.
Cấu trúc phân cấp tự động hóa trạm biến áp trong SAS được phân loại dựa trên các triển khai công nghệ. Hệ thống tự động hóa trạm biến áp bao gồm ba cấp độ: cấp độ trạm, cấp độ ngăn và cấp độ quá trình (như được minh họa trong Hình 2). Các cấp độ này có thể được tận dụng để đạt được các chức năng đa dạng. Về mặt kỹ thuật, kích thước của hệ thống tự động hóa trạm biến áp (SAS) trong các trạm biến áp truyền tải điện áp cực cao sẽ lớn hơn so với các trạm biến áp phân phối điện áp cao.
Trong các trạm biến áp hiện đại, cấp độ ngăn là một đặc điểm phổ biến, mặc dù trong những ngày đầu của SAS, khái niệm về cấp độ ngăn chưa được công nhận.
Thông thường, các cảm biến đo lường các mức dòng điện và điện áp rất lớn. Máy biến dòng và máy biến áp (CTs/VTs) được sử dụng để chuyển đổi lượng lớn dòng điện và điện áp thành các giá trị chuẩn, sau đó được đưa vào các đầu vào rơle. Các giá trị được quy đổi thường tương ứng với 5A (1A ở châu Âu) cho dòng điện và 120 Volt cho điện áp. Trên thực tế, các rơle bảo vệ hoặc các thiết bị điện tử thông minh hiện đại thực hiện logic bảo vệ.
Hình 2 - Cấu trúc của Hệ thống Tự động hóa Trạm biến áp thể hiện các cấp độ trạm, ngăn và quá trình
Các thiết bị này phát hiện và đo lường các mức dòng điện và điện áp để tính toán các giá trị được theo dõi bởi logic bảo vệ, chẳng hạn như dòng điện ở hai phía của máy biến áp Điện áp cực cao (EHV)/Điện áp cao (HV). Khi một tham số vượt quá một giá trị xác định (cài đặt pickup), logic bảo vệ sẽ hành động theo một chuỗi các bước được xác định trước hoặc một thuật toán điều khiển được lập trình. Thông thường, khi có vấn đề xảy ra, tín hiệu cắt sẽ được gửi đến cầu chì tương ứng để cách ly một đường dây hoặc bus.
