Thực trạng và xu hướng phát triển của tự động hóa trạm biến áp tích hợp

Trạm biến áp là mắt xích không thể thiếu và quan trọng trong hệ thống điện. Nó chịu trách nhiệm thực hiện các nhiệm vụ nặng nề về chuyển đổi và phân phối lại năng lượng, đồng thời đóng vai trò quyết định trong hoạt động kinh tế của lưới điện. Để nâng cao mức độ vận hành ổn định của các trạm biến áp, giảm chi phí vận hành và bảo trì, nâng cao lợi ích kinh tế và cung cấp dịch vụ năng lượng điện chất lượng cao cho người dùng, công nghệ tự động hóa toàn diện cho các trạm biến áp đã bắt đầu xuất hiện và được sử dụng rộng rãi.

Tự động hóa toàn diện trạm biến áp là ứng dụng công nghệ máy tính và công nghệ truyền thông hiện đại vào các thiết bị thứ cấp của trạm biến áp (bao gồm điều khiển, tín hiệu, đo lường, bảo vệ, thiết bị tự động hóa và thiết bị điều khiển từ xa…), đồng thời thực hiện quan trắc, đo lường tự động trạm biến áp thông qua sự kết hợp chức năng và điều khiển và phối hợp thiết kế tối ưu, cũng như các hệ thống tự động hóa toàn diện như liên lạc điều độ. Việc thực hiện tự động hóa toàn diện các trạm biến áp có thể cải thiện mức độ vận hành kinh tế của lưới điện, giảm đầu tư cơ sở hạ tầng và cung cấp phương tiện để thúc đẩy các trạm biến áp không cần giám sát. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, công nghệ thông tin và công nghệ mạng đã kéo theo sự tiến bộ của công nghệ tự động hóa toàn diện trong các trạm biến áp. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của các hệ thống đo lường điện kỹ thuật số (như máy biến áp quang điện hoặc máy biến áp điện tử), thiết bị điện thông minh và các công nghệ truyền thông liên quan, hệ thống tự động hóa tích hợp các trạm biến áp đang hướng tới số hóa.

I. Chức năng chính của hệ thống tự động hóa tích hợp trạm biến áp

Các chức năng cơ bản của hệ thống tự động hóa tích hợp trạm biến áp được thể hiện qua chức năng của sáu hệ thống con sau:

1. Phân hệ giám sát;

2. Hệ thống con bảo vệ rơle;

3. Hệ thống con điều khiển toàn diện điện áp và công suất phản kháng;

4. Phân hệ điều khiển sa thải phụ tải tần số thấp của hệ thống điện;

5. Hệ thống con điều khiển chuyển mạch tự động cung cấp điện dự phòng;

6. Hệ thống con truyền thông.

Phần này nội dung tương đối phong phú, lại có nhiều tài liệu giải thích chi tiết nên bài viết này sẽ không đi sâu vào chi tiết.

II. Hệ thống tự động hóa trạm biến áp truyền thống

1. Cấu trúc hệ thống

Hiện nay, cấu trúc của hệ thống tự động hóa trạm biến áp tích hợp trong và ngoài nước được phân thành ba loại sau dựa trên ý tưởng thiết kế [1]:

(1) Tập trung

Sử dụng các máy tính thuộc các loại khác nhau để mở rộng các mạch giao diện ngoại vi, thu thập thông tin tương tự, chuyển mạch và kỹ thuật số tập trung của trạm biến áp, thực hiện xử lý và tính toán tập trung, đồng thời hoàn thành giám sát máy vi tính, bảo vệ máy vi tính và một số chức năng điều khiển tự động. Đặc điểm của nó là: yêu cầu hiệu suất máy tính cao, khả năng mở rộng và bảo trì kém, phù hợp với các trạm biến áp vừa và nhỏ.

(2) Phân phối

Được chia theo đối tượng được giám sát hoặc chức năng hệ thống của trạm biến áp, nhiều CPU hoạt động song song và công nghệ mạng hoặc phương thức nối tiếp được sử dụng để thực hiện giao tiếp dữ liệu giữa các CPU. Hệ thống phân tán dễ dàng mở rộng và bảo trì, các lỗi cục bộ không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các mô-đun khác. Chế độ này có thể được sử dụng để nhóm màn hình tập trung hoặc nhóm màn hình chia đôi trong khi cài đặt.

(3) Phân phối phi tập trung

Mỗi bộ thu thập dữ liệu, bộ điều khiển (bộ I/O) và bộ bảo vệ trong lớp khoang được lắp đặt cục bộ trên tủ chuyển mạch hoặc gần các thiết bị khác. Mỗi thiết bị độc lập với nhau và chỉ được kết nối với nhau thông qua mạng truyền thông và được kết nối với thiết bị đo lường và điều khiển cấp trạm biến áp chính. giao tiếp. Các chức năng có thể được hoàn thành ở cấp độ vịnh không phụ thuộc vào mạng truyền thông, chẳng hạn như chức năng bảo vệ. Mạng truyền thông thường là cáp quang hoặc cáp xoắn đôi, có tác dụng nén các thiết bị thứ cấp và cáp thứ cấp đến mức tối đa, tiết kiệm đầu tư xây dựng công trình. Việc cài đặt có thể được phân tán trong từng ngăn hoặc có thể được nhóm các màn hình tập trung hoặc phân cấp trong phòng điều khiển. Cũng có thể một phần nằm trong phòng điều khiển, phần còn lại nằm rải rác trên tủ công tắc.

2.Vấn đề tồn tại

Hệ thống tự động hóa tích hợp trạm biến áp đã đạt được kết quả ứng dụng tốt nhưng cũng còn những tồn tại, tồn tại, chủ yếu thể hiện ở: 1. Việc trao đổi thông tin giữa sơ cấp và thứ cấp vẫn tiếp tục theo phương thức đi dây cáp truyền thống, chi phí cao, bất tiện trong xây dựng và bảo trì; 2. Phần thu thập dữ liệu thứ cấp bị lặp lại nhiều, gây lãng phí tài nguyên; 3. Việc chuẩn hóa thông tin chưa đầy đủ, khả năng chia sẻ thông tin thấp, nhiều hệ thống cùng tồn tại, việc kết nối giữa các thiết bị và giữa các thiết bị với hệ thống gặp khó khăn, hình thành các đảo thông tin, gây khó khăn cho việc ứng dụng thông tin một cách toàn diện; 4. Khi xảy ra tai nạn, một lượng lớn thông tin cảnh báo sự kiện sẽ xuất hiện, thiếu cơ chế lọc hiệu quả, cản trở việc phán đoán chính xác lỗi của người vận hành đang làm nhiệm vụ.

III. Trạm biến áp kỹ thuật số

Trạm biến áp kỹ thuật số là giai đoạn tiếp theo trong quá trình phát triển tự động hóa trạm biến áp. "Kế hoạch phát triển khoa học và công nghệ" "Kế hoạch 5 năm lần thứ 11" của Công ty Lưới điện đã nêu rõ rằng trong giai đoạn "Kế hoạch 5 năm lần thứ 11", các trạm biến áp kỹ thuật số sẽ được nghiên cứu và các trạm trình diễn sẽ được xây dựng. 2 và hiện có các trạm biến áp kỹ thuật số. Hoàn thành và đưa vào vận hành như Trạm biến áp kỹ thuật số 110 kV Hội nghị và Triển lãm Phúc Châu.

1. Khái niệm trạm biến áp số

Trạm biến áp kỹ thuật số là trạm biến áp trong đó các quá trình thu thập, truyền tải, xử lý và xuất thông tin hoàn toàn là kỹ thuật số. Đặc điểm cơ bản của nó là thiết bị thông minh, mạng lưới truyền thông, vận hành và quản lý tự động.

Trạm biến áp kỹ thuật số có các tính năng chính sau:

(1) Thiết bị sơ cấp thông minh

Thiết bị sơ cấp thông minh như máy biến áp điện tử và công tắc thông minh (hoặc công tắc truyền thống có đầu cuối thông minh) sử dụng đầu ra kỹ thuật số. Thiết bị chính và thiết bị thứ cấp trao đổi các giá trị lấy mẫu, đại lượng trạng thái, lệnh điều khiển và thông tin khác thông qua truyền dẫn cáp quang của thông tin được mã hóa kỹ thuật số.

(2) Mạng thiết bị thứ cấp

Mạng truyền thông được sử dụng để trao đổi thông tin như giá trị tương tự, giá trị chuyển mạch và lệnh điều khiển giữa các thiết bị thứ cấp và loại bỏ cáp điều khiển.

(3) Tự động hóa hệ thống quản lý vận hành

Cần đưa vào các hệ thống tự động hóa như hệ thống phân tích lỗi tự động, hệ thống giám sát tình trạng thiết bị và hệ thống điều khiển được lập trình để cải thiện mức độ tự động hóa và giảm bớt khó khăn cũng như khối lượng công việc khi vận hành và bảo trì.

2. Đặc tính kỹ thuật chính của trạm biến áp số

(1) Số hóa việc thu thập dữ liệu

Dấu hiệu chính của trạm biến áp kỹ thuật số là sử dụng các hệ thống đo điện kỹ thuật số (như máy biến áp quang điện hoặc máy biến áp điện tử) để thu thập các thông số điện như dòng điện và điện áp 3 nhằm đạt được sự cách ly điện hiệu quả của hệ thống sơ cấp và thứ cấp và tăng cường động lực. phạm vi đo của đại lượng điện và cải thiện độ chính xác của phép đo, từ đó tạo cơ sở để thực hiện chuyển đổi từ dự phòng thiết bị trạm biến áp thông thường sang dự phòng thông tin và ứng dụng tích hợp thông tin.

(2) Phân phối hệ thống theo cấp bậc

Sự phát triển của các hệ thống tự động hóa trạm biến áp đã trải qua quá trình chuyển đổi từ tập trung sang phân tán. Hầu hết các hệ thống tự động hóa trạm biến áp phân tán phân cấp thế hệ thứ hai đều sử dụng công nghệ truyền thông mạng hoàn thiện và các giao thức kết nối mở, có thể ghi lại thông tin thiết bị đầy đủ hơn và cải thiện đáng kể tốc độ phản hồi của hệ thống. Cấu trúc của hệ thống tự động hóa trạm biến áp kỹ thuật số có thể được chia về mặt vật lý thành hai loại, đó là thiết bị sơ cấp thông minh và thiết bị thứ cấp nối mạng; Về mặt cấu trúc logic, nó có thể được chia thành "lớp quy trình" và "lớp vịnh" theo định nghĩa của tiêu chuẩn truyền thông IEC61850. "," Lớp điều khiển trạm" ba cấp độ. Giao tiếp mạng tốc độ cao được sử dụng trong và giữa mỗi cấp độ.

(3) Mạng lưới tương tác thông tin và tích hợp các ứng dụng thông tin

Các trạm biến áp kỹ thuật số sử dụng máy biến áp kỹ thuật số mới, công suất thấp thay vì máy biến áp thông thường để chuyển đổi trực tiếp điện áp cao và dòng điện cao thành tín hiệu số. Trao đổi thông tin xảy ra giữa các thiết bị trong trang web thông qua mạng tốc độ cao. Các thiết bị thứ cấp không có giao diện I/O có chức năng trùng lặp. Các thiết bị chức năng thông thường trở thành mô-đun chức năng logic để đạt được sự chia sẻ dữ liệu và tài nguyên. Hiện tại, IEC61850 đã được quốc tế xác định là tiêu chuẩn truyền thông tự động hóa trạm biến áp.

Ngoài ra, trạm biến áp kỹ thuật số tích hợp thông tin và tối ưu hóa chức năng của các thiết bị hệ thống thứ cấp rải rác ban đầu nên có thể tránh được sự trùng lặp cấu hình phần cứng một cách hiệu quả trong các thiết bị giám sát, điều khiển, bảo vệ, ghi lỗi, đo lường và đo đếm của các thiết bị trạm biến áp thông thường như các vấn đề như vì không chia sẻ thông tin và chi phí đầu tư cao xảy ra.

(4) Vận hành thiết bị thông minh

Hệ thống thứ cấp cầu dao điện áp cao mới được thiết lập bằng cách sử dụng máy vi tính, công nghệ điện tử công suất và cảm biến mới. Tính thông minh của hệ thống cầu dao được hiện thực hóa nhờ hệ thống thứ cấp được điều khiển bằng máy vi tính, IED và phần mềm thông minh tương ứng. Các lệnh bảo vệ và điều khiển có thể được thông qua. Mạng cáp quang tiếp cận hệ thống mạch thứ cấp của trạm biến áp độc đáo, tạo ra giao diện kỹ thuật số với cơ chế vận hành máy cắt.

(5) Tình trạng bảo trì thiết bị

Trong các trạm biến áp kỹ thuật số, dữ liệu trạng thái vận hành lưới điện cũng như thông tin lỗi và hoạt động của các thiết bị IED khác nhau có thể được thu thập một cách hiệu quả để giám sát hiệu quả trạng thái vận hành và trạng thái vòng lặp tín hiệu. Hầu như không có đơn vị chức năng nào không được giám sát trong các trạm biến áp kỹ thuật số và không có điểm mù trong việc thu thập đặc điểm trạng thái thiết bị. Chiến lược bảo trì thiết bị có thể được thay đổi từ "bảo trì thường xuyên" thiết bị trạm biến áp thông thường sang "bảo trì có điều kiện", do đó cải thiện đáng kể tính khả dụng của hệ thống.

(6) Nguyên lý đo của LPCT và hình thức bên ngoài của dụng cụ kiểm tra

Như đã đề cập trước đó, LPCT thực chất là một máy biến dòng điện từ có đặc tính công suất đầu ra thấp. Trong tiêu chuẩn IEC, nó được liệt kê như một dạng thực hiện của máy biến dòng điện tử, đại diện cho máy biến dòng điện từ. Một hướng phát triển với triển vọng ứng dụng rộng rãi. Do đầu ra của LPCT thường được cung cấp trực tiếp cho các mạch điện tử nên tải thứ cấp tương đối nhỏ; lõi của nó thường được làm bằng vật liệu có tính thấm từ tính cao như hợp kim vi tinh thể và độ chính xác của phép đo có thể đạt được với tiết diện lõi nhỏ hơn (kích thước lõi). yêu cầu.

(7) Nén cấu trúc hệ thống và chuẩn hóa mô hình

Hệ thống đo điện kỹ thuật số có đặc điểm là kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ. Nó có thể được tích hợp vào hệ thống thiết bị đóng cắt thông minh, đồng thời có thể tối ưu hóa tổ hợp chức năng và bố trí thiết bị theo ý tưởng thiết kế cơ điện tử của trạm biến áp. Trong các trạm biến áp cao áp và siêu cao áp, bộ I/O của thiết bị bảo vệ, thiết bị đo lường và điều khiển, bộ ghi lỗi và các thiết bị tự động khác là một phần của thiết bị thông minh sơ cấp, hiện thực hóa thiết kế khép kín quy trình của IED; trong các trạm biến áp trung và hạ thế Các thiết bị bảo vệ và giám sát có thể được thu nhỏ, gọn nhẹ và lắp đặt hoàn toàn trên tủ chuyển mạch.

IEC61850 thiết lập tiêu chuẩn mô hình hóa cho các hệ thống điện và xác định mô hình thông tin tiêu chuẩn và thống nhất cũng như mô hình trao đổi thông tin cho các hệ thống tự động hóa trạm biến áp. Tầm quan trọng của nó chủ yếu được phản ánh trong việc hiện thực hóa khả năng tương tác của các thiết bị thông minh, thực hiện chia sẻ thông tin trong các trạm biến áp và đơn giản hóa việc bảo trì hệ thống, cấu hình và triển khai dự án.

Tiêu chuẩn 3.IEC61850

IEC61850 là một loạt các tiêu chuẩn dành cho "Hệ thống và Mạng Truyền thông Trạm biến áp" do nhóm làm việc TC57 của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế xây dựng. Đây là tài liệu tham khảo tiêu chuẩn quốc tế cho các hệ thống tự động hóa trạm biến áp dựa trên nền tảng truyền thông mạng. Nó cũng sẽ trở thành một tiêu chuẩn cho các hệ thống điện từ trung tâm điều độ đến các trạm biến áp, trong các trạm biến áp và hệ thống phân phối. Tiêu chuẩn truyền thông để kết nối liền mạch của tự động hóa điện cũng được kỳ vọng sẽ trở thành tiêu chuẩn truyền thông điều khiển công nghiệp cho nền tảng truyền thông mạng phổ quát.

So với hệ thống giao thức truyền thông truyền thống, về mặt kỹ thuật IEC61850 có những đặc điểm nổi bật sau: 1. Sử dụng công nghệ mô hình hóa hướng đối tượng; 2. Sử dụng hệ thống phân tán và phân lớp; 3. Sử dụng Giao diện dịch vụ truyền thông trừu tượng (ACSI) và công nghệ SCSM ánh xạ dịch vụ truyền thông đặc biệt; 4 sử dụng công nghệ MMS (Thông số tin nhắn sản xuất); 5 có khả năng tương tác; 6 có kiến ​​trúc mở, hướng tới tương lai.

VI. Phần kết luận

Việc ứng dụng hệ thống tự động hóa trạm biến áp ở nước ta đã đạt được những kết quả rất đáng kể và đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao trình độ vận hành kinh tế của lưới điện. Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của các công nghệ mới, các trạm biến áp kỹ thuật số đang ra đời. So với các trạm biến áp truyền thống, trạm biến áp kỹ thuật số có những ưu điểm sau: giảm dây thứ cấp, nâng cao độ chính xác của phép đo, cải thiện độ tin cậy truyền tín hiệu, tránh các vấn đề như tương thích điện từ, quá điện áp truyền tải và nối đất hai điểm do cáp gây ra và giải quyết các vấn đề giữa các thiết bị. Các vấn đề về khả năng tương tác, các chức năng khác nhau của trạm biến áp có thể chia sẻ một nền tảng thông tin thống nhất, tránh trùng lặp thiết bị và nâng cao hơn nữa mức độ vận hành và quản lý tự động. Trạm biến áp số là hướng phát triển của công nghệ tự động hóa trạm biến áp.

Công ty TNHH Sản xuất Điện Weshine