Ứng dụng IED Điều khiển Cầu Dao trong Trạm Biến Áp Cao Áp
Tóm tắt về Điều khiển Cầu Dao Cao Áp với Thiết bị Điện tử Thông minh (IED)
Giới thiệu
Thiết bị Điện tử Thông minh (IED) đã cách mạng hóa việc điều khiển và tự động hóa cầu dao cao áp (HV) trong các trạm biến áp. Bằng cách tích hợp công nghệ số tiên tiến, IED cho phép theo dõi, quản lý và điều khiển thời gian thực từ một trung tâm điều khiển từ xa tập trung, nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.
Cài đặt và Tích hợp
Một IED điều khiển cầu dao có thể được cài đặt bên trong tủ cầu dao ở khu vực chuyển mạch hoặc trong phòng rơle/điều khiển. Cần lưu ý rằng các chức năng như Hư hỏng Cầu dao (BF), Tự đóng lại (AR) và Giám sát Mạch (CS) thường không được tích hợp vào IED Điều khiển Cầu dao mà có thể được xử lý bởi các rơle bảo vệ riêng biệt hoặc các thiết bị khác.
Hợp nhất Tín hiệu
Trong một số ứng dụng trạm biến áp, thay vì có dây ngắt/kết nối riêng lẻ cho mỗi IED bảo vệ hoặc điều khiển kết nối với cùng một cầu dao, một IED điều khiển cầu dao duy nhất có thể hợp nhất tất cả các tín hiệu ngắt hoặc kết nối từ nhiều IED. Cách tiếp cận này đơn giản hóa dây dẫn và giảm số lượng kết nối, làm cho hệ thống hiệu quả hơn và dễ bảo trì hơn.
Theo dõi và Chức năng Phụ trợ
IED điều khiển cầu dao liên tục theo dõi trạng thái của cầu dao, bao gồm:
Trạng thái Vị trí: Mở, đóng, hoặc vị trí trung gian.
Mức Áp lực: Áp lực thủy lực, khí nén, hoặc khí, rất quan trọng cho hoạt động đúng cách.
Các Tiếp điểm Phụ trợ: Được sử dụng để cung cấp thông tin trạng thái cho các IED liên quan.
Ngoài ra, IED cung cấp một số chức năng phụ trợ:
Chức năng Chống bơm: Ngăn chặn cầu dao được đóng lại cho đến khi nguyên nhân sự cố được giải quyết. Nếu chức năng chống bơm tồn tại trong cầu dao, chức năng chống bơm của IED nên được vô hiệu hóa để tránh xung đột.
Giám sát Cuộn Cầu dao: Theo dõi tình trạng cuộn ngắt và đóng để đảm bảo chúng hoạt động chính xác.
Giám sát Áp lực: Cảnh báo cho người vận hành về tình trạng áp lực thấp và chặn lệnh ngắt/đóng nếu áp lực không đủ.
Chức năng Chính của IED Điều khiển Cầu dao
Thu thập Thông tin Trạng thái Công tắc Chính: IED thu thập dữ liệu về vị trí và trạng thái của cầu dao.
Thực hiện Lệnh Ngắt/Đóng: IED có thể thực hiện lệnh ngắt hoặc đóng cục bộ hoặc từ xa qua SCADA, Đơn vị Điều khiển Bay, hoặc IED bảo vệ.
Ngắt/Đóng Pha Riêng lẻ: IED có thể độc lập ngắt hoặc đóng các pha riêng lẻ (A, B, C) hoặc thực hiện các hoạt động ba pha. Tuy nhiên, nó không bao gồm logic tích hợp cho sai lệch cực.
Chức năng Chống bơm: Ngăn chặn cầu dao được đóng lại nhiều lần trong trường hợp lỗi.
Giám sát Cuộn Cầu dao: Đảm bảo tính toàn vẹn của cuộn ngắt và đóng.
Giám sát Áp lực: Theo dõi mức áp lực để đảm bảo hoạt động an toàn và ngăn chặn các hành động không an toàn.
Tương tác Tín hiệu trong IED Cầu dao
Khi xảy ra lỗi hệ thống điện:
Các IED bảo vệ phát hiện lỗi và gửi lệnh ngắt đến IED Điều khiển Cầu dao.Sau đó, IED Điều khiển Cầu dao ngắt cầu dao tương ứng bằng tín hiệu có dây (pha A, B, C, hoặc ngắt ba pha).Sau khi ngắt, IED thu thập trạng thái mới của cầu dao (ví dụ: mở hoặc đóng) và cung cấp thông tin này cho các IED liên quan qua tín hiệu có dây.Thông tin trạng thái bổ sung, chẳng hạn như áp lực thấp, cũng được theo dõi và báo cáo.Tín hiệu ngắt từ IED bảo vệ cũng được sử dụng để khởi động chức năng Tự đóng lại (AR), nhằm khôi phục điện sau khi xảy ra lỗi. Lệnh đóng AR được gửi đến IED Điều khiển Cầu dao qua tín hiệu có dây. Tương tự, tín hiệu ngắt có thể khởi động chức năng Hư hỏng Cầu dao (BF), và tín hiệu ngắt lại cũng được kết nối có dây đến IED.Các lệnh điều khiển từ xa (mở/đóng) từ RTU/SCADA, hệ thống tự động hóa trạm cục bộ, hoặc Đơn vị Điều khiển Bay cũng được kết nối có dây đến IED điều khiển cầu dao.
Giao tiếp với IEC 61850 và GOOSE
Trong các trạm biến áp hiện đại, IED Điều khiển Cầu dao có thể giao tiếp sử dụng giao thức IEC 61850, cụ thể là qua các tin nhắn GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). Điều này cho phép tích hợp liền mạch với các thiết bị thông minh khác trong trạm biến áp, giảm nhu cầu kết nối có dây và cải thiện tính linh hoạt và độ tin cậy của hệ thống.
Hình 1 minh họa một ứng dụng điển hình của IED điều khiển cầu dao sử dụng giao tiếp GOOSE. Trên thực tế, các mạng dự phòng (Mạng A và Mạng B) thường được triển khai để đảm bảo độ tin cậy cao hơn.
Vai trò trong Tự động hóa Trạm Biến áp
IED Điều khiển Cầu dao đóng vai trò là giao diện số giữa các thiết bị thứ cấp (như IED bảo vệ, hệ thống SCADA, và Đơn vị Điều khiển Bay) và thiết bị chính cao áp (cầu dao). Nó giúp chuyển đổi từ các hệ thống tương tự truyền thống sang các trạm biến áp hoàn toàn số hóa, cho phép các tính năng tiên tiến như theo dõi thời gian thực, điều khiển tự động, và xử lý sự cố tốt hơn.
Các chức năng chính khác của IED điều khiển cầu dao:
Trong Hình 2 hiển thị chức năng và tương tác tín hiệu của IED điều khiển cầu dao:
Tổng quan Chi tiết về Điều khiển Cầu dao Cao áp với Thiết bị Điện tử Thông minh (IED)
Giới thiệu
Thiết bị Điện tử Thông minh (IED) đóng vai trò quan trọng trong các trạm biến áp hiện đại bằng cách cho phép kiểm soát và giám sát tiên tiến đối với cầu dao cao áp (HV). Bộ Điều khiển Cầu dao là một IED chuyên dụng thu thập thông tin từ cầu dao và gửi lệnh điều khiển đến chúng, tạo điều kiện cho quản lý và tự động hóa thời gian thực. Thiết bị này giao tiếp với các cầu dao dựa trên tín hiệu tương tự truyền thống thông qua các tiếp điểm đầu vào/đầu ra có dây, chuyển đổi các tín hiệu điện thành dữ liệu số để giao tiếp qua giao thức IEC 61850 và tin nhắn GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Các Chức năng Chính của Bộ Điều khiển Cầu dao
Thu thập Thông tin từ Cầu dao
Trạng thái Vị trí: Mở, đóng, hoặc vị trí trung gian.
Trạng thái Áp lực Điều khiển: Mức áp lực thủy lực, khí nén, hoặc khí.
Các Tiếp điểm Phụ trợ: Các tín hiệu trạng thái bổ sung như áp lực thấp, điều kiện lỗi, v.v.
Tiếp điểm Đầu vào Có dây: Bộ Điều khiển Cầu dao sử dụng các tiếp điểm đầu vào có dây để thu thập các thông tin trạng thái khác nhau từ các cầu dao, bao gồm:
Chuyển đổi Analog sang Digital: Bộ điều khiển chuyển đổi các tín hiệu tương tự này thành định dạng số, làm cho dữ liệu tương thích với các giao thức giao tiếp hiện đại.
Gửi Lệnh Điều khiển đến Cầu dao
Tiếp điểm Đầu ra Có dây: Bộ Điều khiển Cầu dao sử dụng các tiếp điểm đầu ra có dây để gửi lệnh ngắt hoặc đóng đến các cầu dao. Những lệnh này được thực hiện dựa trên chỉ dẫn nhận được từ các thiết bị bảo vệ, hệ thống SCADA, hoặc đơn vị điều khiển bay.
Mạch Pha Riêng lẻ: Bộ điều khiển thường cung cấp các mạch ngắt và đóng riêng lẻ cho từng pha (A, B, C) hoặc hoạt động ba pha. Đối với cầu dao ba pha, nó thường cung cấp một cuộn đóng và hai cuộn ngắt.
Giao tiếp qua Tin nhắn GOOSE
Công bố Thông tin đến Thiết bị Cấp bay: Sau khi thu thập thông tin điện từ các cầu dao, Bộ Điều khiển Cầu dao chuyển đổi dữ liệu này thành tín hiệu số và công bố nó đến các IED cấp bay thông qua bus quá trình sử dụng tin nhắn GOOSE. Điều này cho phép các thiết bị khác trong trạm biến áp truy cập cập nhật trạng thái thời gian thực.
Nhận Tin nhắn GOOSE từ Thiết bị Cấp bay: Khi xảy ra lỗi hệ thống điện hoặc lệnh điều khiển từ xa được phát hành, các thiết bị bảo vệ hoặc đơn vị điều khiển bay liên quan công bố các tin nhắn GOOSE tương ứng (ví dụ: lệnh ngắt, lệnh đóng). Bộ Điều khiển Cầu dao, đóng vai trò là người đăng ký, nhận các tin nhắn này và thực hiện các hành động phù hợp, chẳng hạn như ngắt hoặc đóng cầu dao thông qua các tiếp điểm đầu ra có dây.
Chức năng Ngăn chặn Bơm Lặp (Anti-Pump Function)
Ngăn chặn Bơm Lặp: Nếu cầu dao được đóng tay hoặc tự động lên một lỗi vĩnh viễn và tín hiệu đóng vẫn tồn tại, cầu dao có thể cố gắng đóng nhiều lần sau mỗi lần ngắt. Để ngăn chặn điều này, Bộ Điều khiển Cầu dao bao gồm chức năng chống bơm đảm bảo cầu dao chỉ ngắt một lần và ngăn chặn việc đóng thêm cho đến khi mạch đóng được ngắt nguồn bởi người vận hành.
Xem xét Cấu hình: Nếu cầu dao có mạch chống bơm, chức năng chống bơm trong Bộ Điều khiển Cầu dao nên được vô hiệu hóa để tránh xung đột.
Giám sát Cuộn Cầu dao
Giám sát Cuộn Đóng: Bộ Điều khiển Cầu dao có thể giám sát trạng thái của cuộn đóng bằng cách sử dụng các rơle phụ trợ. Điều này được thực hiện bằng cách kết nối đầu cuối với cực âm của nguồn điện theo chuỗi với tiếp điểm phụ trợ thường đóng (52b) của cầu dao. Nếu đầu cuối cũng được kết nối với cuộn đóng (CC), các rơle phụ trợ có thể giám sát tình trạng của cuộn đóng.
Giám sát Cuộn Ngắt: Tương tự, bộ điều khiển có thể giám sát trạng thái của cuộn ngắt bằng cách sử dụng các rơle phụ trợ. Điều này được thực hiện bằng cách kết nối đầu cuối với cực âm của nguồn điện theo chuỗi với tiếp điểm phụ trợ thường mở (52a) của cầu dao. Nếu đầu cuối cũng được kết nối với cuộn ngắt (TC), các rơle phụ trợ có thể giám sát tình trạng của cuộn ngắt.
Giám sát Áp lực và Khóa
Giám sát Áp lực Quan trọng: Áp lực trong cầu dao rất quan trọng cho hoạt động chính xác. Mức áp lực bất thường có thể dẫn đến sự cố, tuổi thọ giảm hoặc thậm chí hư hỏng cầu dao. Do đó, Bộ Điều khiển Cầu dao giám sát tất cả các loại tín hiệu áp lực (ví dụ: thủy lực, khí nén, khí) trong các cầu dao liên quan.
Chức năng Khóa Áp lực: Khi nhận được lệnh ngắt hoặc đóng, bộ điều khiển thực hiện các chức năng khóa áp lực để ngăn chặn các hoạt động không an toàn. Nếu áp lực dưới ngưỡng an toàn, bộ điều khiển sẽ khóa việc thực thi lệnh để bảo vệ cầu dao. Các chức năng khóa này đảm bảo rằng cầu dao chỉ hoạt động trong điều kiện an toàn.
Mạch Ngắt và Đóng Pha Riêng lẻ
Bộ Điều khiển Cầu dao thường cung cấp các mạch ngắt và đóng riêng lẻ cho từng pha, cho phép kiểm soát độc lập từng pha. Đối với cầu dao ba pha, bộ điều khiển thường bao gồm:
Một Cuộn Đóng: Dùng để đóng đồng thời cả ba pha.
Hai Cuộn Ngắt: Một cuộn cho ngắt pha đơn và một cuộn cho ngắt ba pha. Thiết kế này cho phép kiểm soát linh hoạt và chính xác cầu dao, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống điện.
Kết luận
Bộ Điều khiển Cầu dao là một thành phần quan trọng trong các trạm biến áp hiện đại, nối liền khoảng cách giữa các cầu dao tương tự truyền thống và các hệ thống giao tiếp số. Bằng cách tích hợp các tính năng tiên tiến như giao tiếp tin nhắn GOOSE, chức năng chống bơm, và giám sát cuộn, bộ điều khiển nâng cao độ tin cậy, an toàn và hiệu quả của các hoạt động cầu dao cao áp. Khả năng thu thập dữ liệu thời gian thực và thực hiện lệnh điều khiển đảm bảo rằng các trạm biến áp có thể hoạt động mượt mà, ngay cả trong các môi trường điện phức tạp và động.
