Tự động hóa lộ ra không cần truyền thông: Phối hợp giữa máy cắt đóng lại tự động và thiết bị phân đoạn giúp cô lập sự cố trong khoảng 1 phút, không cần cáp quang hay SCADA.
Thị trường mục tiêu: Châu Phi · Đông Nam Á · Nam Mỹ · Nam Á | Sản phẩm: máy đóng cắt tự động + thiết bị phân đoạn tự rơi
Tại Nigeria, một tuyến phân phối nông thôn ngắt trung bình 8 lần mỗi tháng [nguồn cần xác nhận]. Mỗi lần mất điện — từ thời điểm bảo vệ trạm biến áp hoạt động cho đến khi nguồn điện được khôi phục — thường kéo dài 2 đến 5 giờ, và các tình trạng mất điện qua đêm cũng như mất điện trong mùa mưa là chuyện thường ngày.
Khi sự cố xảy ra, các đội bảo trì phải tuần tra các đường dây trên không trải dài hàng chục km để xác định vị trí sự cố. Dữ liệu ngành liên tục chỉ ra rằng 70%–80% sự cố đường dây trên không là sự cố quá độ — gây ra bởi phóng điện do sét, cây cối chạm vào, hoặc dây dẫn bị gió thổi gây chập chờn và tự khôi phục trong vài giây. Điều này có nghĩa là phần lớn các sự kiện mất điện được kích hoạt bởi các sự cố không còn tồn tại vào thời điểm đội bảo trì đến hiện trường.
Tài liệu này trình bày một giải pháp tự động hóa tuyến phân phối không cần thông tin liên lạc, hoàn toàn cục bộ dựa trên sự phối hợp giữa máy đóng cắt tự động và thiết bị phân đoạn tự rơi. Không cần cơ sở hạ tầng cáp quang, 4G hay SCADA, hệ thống tự động cô lập phần bị sự cố và khôi phục nguồn điện cho các phần lành lặn — trong khoảng 1–3 phút — chỉ bằng cách sử dụng logic trên thiết bị.
Một tuyến phân phối nông thôn điển hình kéo dài từ 30 đến 80 km từ trạm biến áp, với nhiều nhánh rẽ. Khi bảo vệ trạm biến áp ngắt, toàn bộ tuyến bị mất điện và vị trí sự cố chưa được xác định. Dữ liệu Khảo sát Doanh nghiệp của Ngân hàng Thế giới cho thấy thời gian mất điện trung bình mỗi sự cố đối với các doanh nghiệp ở khu vực cận Sahara châu Phi là khoảng 5 giờ. Tại Burkina Faso, số lần mất điện trung vị mà các doanh nghiệp trải qua là khoảng 8 lần mỗi tháng (Khảo sát Doanh nghiệp Ngân hàng Thế giới, năm cần xác nhận).
Gánh nặng mất điện hàng năm trên một tuyến duy nhất chuyển hóa trực tiếp thành sản lượng bị mất và chi phí máy phát điện diesel cho khách hàng, cũng như thành các khoản phạt hiệu suất đối với các công ty điện lực bị điều chỉnh theo các mục tiêu SAIDI/SAIFI.
Rừng mưa nhiệt đới, địa hình đồi núi và đường sá không thể đi lại được trong mùa mưa có nghĩa là mỗi cuộc tuần tra đòi hỏi một đội 2 đến 3 người, một phương tiện và vài giờ di chuyển. Chi phí toàn phần của một cuộc tuần tra đơn lẻ vào khoảng 200–300 USD đối với một công ty điện lực quy mô vừa. Với mười đến mười lăm sự cố vĩnh viễn trên mỗi tuyến mỗi năm, chỉ riêng chi phí tuần tra đã tiêu tốn hàng nghìn đô la hàng năm cho chi phí vận hành — khoản ngân sách lẽ ra có thể được dùng để nâng cấp mạng lưới hoặc kết nối mới.
Ngoài chi phí trực tiếp, các kỹ sư và nhân viên bảo trì giàu kinh nghiệm bị chuyển hướng từ công tác quy hoạch và cải thiện mạng lưới sang ứng phó sự cố thông thường.
Tự động hóa tuyến phân phối tập trung (FA) — cho dù là sơ đồ tập trung hay sơ đồ phân tán thông minh — đều phụ thuộc vào ba điều kiện tiên quyết: một kênh thông tin liên lạc đáng tin cậy (cáp quang, 4G hoặc mạng không dây riêng), một trạm chủ SCADA và một đội ngũ vận hành được đào tạo bài bản. Tại các thị trường mà tự động hóa phân phối đang được cần một cách cấp bách nhất, một hoặc nhiều điều kiện tiên quyết này thường bị thiếu.
Một hạn chế cơ bản hơn: khi thông tin liên lạc bị gián đoạn do lũ lụt, trộm cắp hoặc hư hỏng do sét, các hệ thống tự động hóa tập trung mất hoàn toàn chức năng. Độ tin cậy của hệ thống trở nên phụ thuộc vào độ tin cậy của cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc.
Đối với các mạng phân phối không có cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, kết luận kỹ thuật rất rõ ràng: một sơ đồ tự phục hồi không cần thông tin liên lạc dựa trên việc ra quyết định cục bộ là giải pháp kỹ thuật phù hợp.
Giải pháp này áp dụng logic tự động hóa phân phối không cần thông tin liên lạc dựa trên đếm dòng điện (đếm xung) được sử dụng rộng rãi, được thiết kế phù hợp với IEC/IEEE 62271-111 / C37.60:2019 (máy đóng cắt tự động) và IEEE C37.63-2024 (thiết bị phân đoạn tự rơi).
Máy đóng cắt tự động được lắp đặt tại nguồn tuyến (vị trí xuất tuyến trạm biến áp) hoặc tại điểm phân đoạn giữa tuyến. Nó phát hiện quá dòng, ngắt dòng sự cố và thực hiện một chuỗi thao tác đóng cắt tự động có thể lập trình được. Các khoảng thời gian chết của nó tạo ra các cửa sổ cắt điện cần thiết cho hoạt động của thiết bị phân đoạn hạ du.
Thiết bị phân đoạn tự rơi (kiểu cầu chì tự rơi) được lắp đặt tại đầu mỗi nhánh hoặc ranh giới vùng. Nó không ngắt dòng sự cố — nó đếm các xung quá dòng và tự rơi, tạo ra một điểm ngắt nhìn thấy được, trong khoảng thời gian chết do máy đóng cắt tự động thượng nguồn cung cấp. Như mô tả trong IEEE C37.63-2024, thiết bị phân đoạn không có khả năng ngắt dòng sự cố và chỉ mở sau khi thiết bị thượng nguồn đã cắt điện mạch. Nguyên lý thiết kế này giúp thiết bị phân đoạn có chi phí thấp hơn đáng kể so với máy đóng cắt tự động và cho phép bảo vệ nhánh đa điểm dưới một máy đóng cắt tự động duy nhất với chi phí biên thấp.
Sử dụng cài đặt đếm thiết bị phân đoạn N = 2 (cấu hình thực địa phổ biến nhất), giúp duy trì hai thao tác dự phòng với chuỗi máy đóng cắt tự động 1F + 3D:
| Thời gian |
Sự kiện |
Trạng thái hệ thống |
| t0 |
Xảy ra sự cố vĩnh viễn (cây đổ, đứt dây dẫn) |
Xuất tuyến được đóng điện → xảy ra sự cố |
| t1 |
Máy cắt tự động đóng lại cắt theo đường cong nhanh, chuyển sang khoảng thời gian chết |
Xuất tuyến tạm thời mất điện; thiết bị phân đoạn đếm = 1 |
| t2 |
Hết thời gian chết; máy cắt tự động đóng lại tự động đóng lại |
Dòng điện sự cố xuất hiện trở lại |
| t3 |
Máy cắt tự động đóng lại cắt theo đường cong trễ, chuyển sang thời gian chết thứ hai |
Xuất tuyến lại mất điện; thiết bị phân đoạn đếm = 2 = giá trị cài đặt |
| t4 |
Trong thời gian chết (mạch mất điện): thiết bị phân đoạn mở ra, tạo ra điểm ngắt nhìn thấy được |
Nhánh sự cố được cách ly |
| t5 |
Máy cắt tự động đóng lại thực hiện lần đóng lại thứ hai |
Không có dòng điện sự cố; đóng lại thành công — các đoạn tuyến lành được khôi phục |
Toàn bộ quy trình không cần truyền thông và hoàn toàn tự động, mất khoảng 1–3 phút.
Các tài liệu trong ngành nhất quán chỉ ra rằng 70%–80% sự cố đường dây trên không mang bản chất quá độ (nguồn: tài liệu kỹ thuật lưới điện nông thôn của Siemens; tài liệu khóa học Chất lượng điện năng & Phát điện phân tán của CMU — "hơn 80% sự cố trên đường dây trên không là tạm thời"; Báo cáo Độ tin cậy Hệ thống ICC Illinois — "sự cố quá độ ước tính chiếm ~80% các gián đoạn hệ thống").
Nguyên lý này cũng là cơ sở kỹ thuật để thay thế cầu chì tự rơi bằng bộ phân đoạn tự rơi. Một cầu chì không được phối hợp với đường cong nhanh của máy cắt tự động đóng lại có thể bị chảy do dòng điện quá độ; nhánh đó sau đó vẫn bị mất điện cho đến khi đội công tác thay cầu chì, do đó một sự kiện tức thời trở thành mất điện kéo dài. Bộ phân đoạn đếm mà không bị chảy — dòng điện quá dòng quá độ không kích hoạt cách ly.
| Thông số |
Thông số kỹ thuật |
| Tiêu chuẩn |
IEC/IEEE 62271-111 / C37.60:2019 |
| Chức năng chính |
Phát hiện quá dòng, ngắt dòng sự cố, nhiều thao tác đóng lặp lại tự động |
| Logic bảo vệ |
Các đường cong nhanh (tức thời) và trễ (quá dòng theo thời gian); trình tự vận hành có thể lập trình (ví dụ: 1F + 3D, 2F + 2D; F = thao tác nhanh, D = thao tác trễ) |
| Nguồn điều khiển |
Tự cấp (dựa trên VT hoặc pin không cần bảo trì) |
| Yêu cầu truyền thông |
Không |
Phối hợp đặc tuyến nhanh/trễ: đặc tuyến nhanh (tức thời hoặc trễ thời gian ngắn) cắt lỗi quá độ trước khi cầu chì tự rơi hạ lưu bị chảy — nguyên lý bảo vệ cầu chì. Đặc tuyến trễ cung cấp thao tác trễ thời gian để các thiết bị bảo vệ hạ lưu — cầu chì tự rơi đường nhánh và bộ phân đoạn — có thể hoạt động trước.

| Thông số |
Đặc điểm kỹ thuật |
| Tiêu chuẩn |
IEEE C37.63-2024 |
| Chức năng chính |
Đếm xung quá dòng → tự động nhả trong khoảng thời gian chết (không mang điện) |
| Kiểu ngắt |
Điểm ngắt thấy rõ (kiểu nhả); yêu cầu đóng lại thủ công (đặt lại) |
| Cắt dòng sự cố |
Không yêu cầu (chỉ mở trong khoảng thời gian chết, không mang điện) |
| Đặt lại bộ đếm |
Bộ đếm tự động đặt lại nếu xung tiếp theo không xuất hiện trong thời gian đặt lại (bộ nhớ) — thường là 10–90 giây — điều này ngăn chặn thao tác đối với các sự cố quá độ |
| Yêu cầu truyền thông |
Không |
Giá trị vận hành của điểm ngắt có thể quan sát được: sau khi máy cắt phân đoạn rơi, các đội công tác có thể xác định nhánh bị sự cố bằng kiểm tra trực quan. Khu vực tìm kiếm ngay lập tức được thu hẹp xuống đoạn hạ lưu của thiết bị ở trạng thái mở, thường giảm phạm vi tuần tra từ 70% trở lên ở những nơi thiết bị có thể nhìn thấy và tiếp cận được.

Xét về mặt kiến trúc hệ thống, giải pháp này không bị giới hạn ở một cấp điện áp duy nhất. Máy đóng cắt tự động và máy cắt phân đoạn tự rơi có thể được chỉ định cho cấp điện áp trung thế (MV) thực tế của lưới điện.
Các tiêu chuẩn điện áp phân phối khác nhau đáng kể giữa các khu vực. Chúng tôi cung cấp thiết bị được chỉ định cho các cấp điện áp phân phối trung thế thường được sử dụng tại các thị trường mục tiêu của mình:
| Ví dụ về Khu vực / Quốc gia |
Điện áp phân phối điển hình |
| Châu Phi nói tiếng Anh (Nigeria, Kenya, Tanzania, Ghana) |
11 kV, 33 kV |
| Đông Nam Á (Philippines, Indonesia, Malaysia) |
13.2/13.8 kV, 20 kV, 22 kV, 33 kV, 34.5 kV |
| Nam Mỹ (Colombia, Peru, Bolivia, Ecuador) |
13.2 kV, 22 kV, 34.5 kV |
| Nam Á (Ấn Độ, Bangladesh, Sri Lanka) |
11 kV, 22 kV, 33 kV |
| Châu Phi nói tiếng Pháp (Côte d'Ivoire, Senegal, Cameroon) |
15 kV, 30 kV |
| Các thị trường khác (ví dụ: Rwanda) |
Xác nhận theo từng dự án |
Ghi chú tùy chỉnh: nếu dự án của bạn liên quan đến cấp điện áp không được liệt kê ở trên (ví dụ 25 kV hoặc 36 kV), hoặc một phương thức nối đất trung tính cụ thể — trung tính cách ly (không nối đất), nối đất qua cuộn dập hồ quang (cuộn Petersen) hoặc nối đất qua điện trở — vui lòng nêu rõ các thông tin này trong yêu cầu của bạn. Chúng tôi sẽ cung cấp các khuyến nghị phối hợp và hướng dẫn lựa chọn thiết bị cho cấu hình hệ thống của bạn.
| Chỉ số |
Giá trị tham chiếu |
Nguồn / Cơ sở |
| Thời gian khôi phục đoạn lưới lành |
Khoảng 1–3 phút |
Được xác định bởi cài đặt thời gian chết của thiết bị đóng cắt tự động; có thể đạt được với cấu hình tiêu chuẩn |
| Tỷ lệ sự cố đường dây trên không là sự cố quá độ |
70%–80% |
Sự đồng thuận của ngành từ nhiều nguồn (Siemens, CMU, Illinois ICC) |
| Mức giảm SAIDI / SAIFI |
40%–60% |
Phạm vi nghiên cứu tình huống và mô phỏng [trích dẫn đầy đủ cần được xác nhận] |
| Mức giảm phạm vi tuần tra sự cố |
Thông thường từ 70% trở lên |
Điểm ngắt thấy rõ giới hạn việc tìm kiếm ở phần phía hạ lưu của thiết bị đóng cắt mở cuối cùng |
| Vùng ảnh hưởng trên mỗi sự cố |
Từ mất điện toàn tuyến feeder đến mất điện một nhánh |
Tỷ lệ nghịch với số lượng thiết bị phân đoạn được triển khai |
| Chi phí cơ sở hạ tầng truyền thông |
Bằng không |
Không yêu cầu cáp quang, không yêu cầu 4G, không yêu cầu trạm chủ SCADA |
Khung so sánh TCO: Việc triển khai tự động hóa lộ trình dựa trên SCADA tập trung thường yêu cầu từ 50.000 đến 200.000 USD trở lên cho cơ sở hạ tầng viễn thông trên mỗi lộ trình [nguồn cần xác nhận], tùy thuộc vào chiều dài tuyến và việc kênh truyền thuộc sở hữu hay đi thuê (đào hào cáp quang, module 4G, bộ lặp sóng, cấp phép trạm chủ và các hợp đồng viễn thông đang diễn ra). Giải pháp logic cục bộ không yêu cầu bất kỳ chi phí nào trong số này. Đối với 10 lộ trình, chi phí cơ sở hạ tầng viễn thông được cắt giảm có thể tương đương hoặc lớn hơn khoản đầu tư thiết bị.
Mô hình thu hồi chi phí vận hành: Tiết kiệm hàng năm = (số lượng sự cố × chi phí toàn bộ cho mỗi lần tuần tra) − chi phí bảo trì thiết bị tăng thêm. Ví dụ: 12 sự cố vĩnh viễn/năm × 300 USD/lần tuần tra = 3.600 USD mỗi năm chi phí tuần tra được cắt giảm — thường tương đương chi phí của một đến hai bộ phân đoạn tự rơi. Thời gian hoàn vốn của dự án phụ thuộc vào tổng chi phí giải pháp (máy cắt đóng cắt lại + bộ phân đoạn + lắp đặt) và vào giá trị của lượng điện năng không được cung cấp; nó được tính toán trong nghiên cứu phối hợp bảo vệ.
Tình huống: các lộ trình hình tia đơn dài 30–60 km với 10 nhánh rẽ trở lên, và thường xuyên xảy ra sự cố do sét đánh và cây đổ. Chỉ số SAIDI của Nigeria được báo cáo ở mức khoảng 110 giờ mỗi năm [nguồn cần xác nhận: báo cáo hiệu suất hàng quý của NERC] — gấp hơn năm lần mức 15–20 giờ điển hình của các công ty điện lực hoạt động tốt [nguồn cần xác nhận]. Ủy ban Quản lý Điện lực Nigeria (NERC) đưa SAIDI và SAIFI vào các chỉ số hiệu suất áp dụng cho các công ty phân phối điện (DisCos).
Triển khai: một máy cắt đóng cắt lại tại nguồn lộ trình và một bộ phân đoạn tự rơi (N = 2) tại đầu mỗi nhánh chính.
Kết quả: các sự cố quá độ được xử lý tự động, không gây mất điện kéo dài. Các sự cố vĩnh viễn chỉ bị giới hạn trong một nhánh, và phần còn lại của lộ trình được khôi phục vận hành trong khoảng 1–3 phút. Điểm ngắt nhìn thấy được hướng dẫn các đội sửa chữa trực tiếp đến nhánh bị sự cố, loại bỏ việc tuần tra toàn bộ lộ trình.
Tình huống: mùa bão và mưa giông tập trung; đường miền núi không thể tiếp cận trong mùa mưa; sự cố phóng điện cách điện do sét đánh là loại sự cố chủ yếu. Trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, việc tiếp cận vị trí sự cố là không khả thi. Philippines có 121 hợp tác xã điện lực (ECs), nhiều đơn vị có ngân sách và năng lực kỹ thuật hạn chế (Cục Điện khí hóa Quốc gia); mức độ thâm nhập của lưới điện thông minh trong các mạng lưới nông thôn vẫn còn thấp [số liệu cần xác nhận].
Triển khai: máy cắt đóng cắt lại ở các đoạn có mật độ sét đánh cao, kết hợp với bộ phân đoạn tự rơi trên tất cả các đường nhánh; trình tự máy cắt đóng cắt lại được cấu hình cho nhiều thao tác nhanh để tối đa hóa việc tự xử lý sự cố quá độ.
Kết quả: Các sự cố quá độ tự được xử lý trong các cơn bão mà không cần điều động đội sửa chữa. Các sự cố vĩnh viễn được xác định chính xác nhờ các điểm ngắt nhìn thấy được ngay khi đường được thông trở lại, giảm đáng kể tổng thời gian mất điện.
Tình huống: trong các chương trình điện khí hóa quốc gia, các lộ trình mới đang được mở rộng nhanh chóng, thường chỉ có bảo vệ cơ bản tại đầu ra trạm biến áp. Khi phụ tải tăng, tác động của sự cố cũng mở rộng. Áp lực pháp lý đối với SAIDI/SAIFI đang gia tăng, nhưng không có ngân sách vốn cho cơ sở hạ tầng SCADA.
Giá trị giải pháp: thiết kế các lộ trình mới theo tiêu chuẩn tự động hóa cục bộ ngay từ đầu — một máy cắt đóng cắt lại tại nguồn cùng với các bộ phân đoạn trên các nhánh — và tránh chi phí cải tạo sau này. Kiến trúc không cần viễn thông có thể được nhân rộng trên bất kỳ phần mở rộng lộ trình mới nào, biến nó thành một trong những cách có chi phí thấp nhất để đạt được sự cải thiện đáng kể về độ tin cậy trong ngân sách điện khí hóa.
Tự động hóa tập trung dựa trên SCADA cung cấp khả năng giám sát tốt hơn và tính linh hoạt trong điều phối ở những nơi có đầy đủ hệ thống viễn thông, trạm chủ và nhân viên vận hành có trình độ. Tuy nhiên, đối với các công ty phân phối điện ở các khu vực bị hạn chế về viễn thông, việc triển khai một hệ thống tập trung đòi hỏi:
Trong điều kiện ràng buộc cứng là không có cơ sở hạ tầng viễn thông, tự động hóa lộ trình logic cục bộ mang lại sự kết hợp thuận lợi của tổng chi phí sở hữu (TCO) thấp, độ tin cậy cố hữu cao, thời gian triển khai ngắn và yêu cầu kỹ năng bảo trì vừa phải. Chi phí vòng đời thấp nhất là một trong những yếu tố được xem xét trong thẩm định dự án của các ngân hàng phát triển đa phương (Ngân hàng Thế giới, ADB); tuy nhiên vẫn cần có đánh giá cụ thể cho từng dự án.
Trong các dự án tự động hóa lộ trình, độ chính xác của nghiên cứu phối hợp bảo vệ cũng quan trọng như việc lựa chọn thiết bị. Phải tránh hai chế độ sự cố. Nếu đặt số đếm quá thấp, bộ phân đoạn có thể đạt đến cài đặt và ngắt một nhánh lành. Nếu đặt số đếm quá cao — lớn hơn số lần máy cắt đóng cắt lại thao tác để khóa trừ đi một — máy cắt đóng cắt lại sẽ đạt trạng thái khóa trong khi bộ phân đoạn vẫn đóng, và toàn bộ lộ trình bị mất điện thay vì chỉ nhánh bị sự cố.
Chúng tôi cung cấp nghiên cứu phối hợp bảo vệ máy cắt đóng cắt lại và bộ phân đoạn miễn phí cho cấu hình lộ trình cụ thể của bạn.
Vui lòng cung cấp cho chúng tôi:
Chúng tôi sẽ cung cấp:
Nguồn dữ liệu: Khảo sát Doanh nghiệp Ngân hàng Thế giới (Châu Phi cận Sahara; Burkina Faso); tài liệu kỹ thuật lưới điện nông thôn của Siemens; tài liệu khóa học Chất lượng Điện năng & Phát điện Phân tán của CMU; Báo cáo Độ tin cậy Hệ thống ICC Illinois; Cục Điện khí hóa Quốc gia (Philippines). Tiêu chuẩn: IEC/IEEE 62271-111 / C37.60:2019; IEEE C37.63-2024.