Tài liệu Rơle bảo vệ số trở thành giải pháp trong tầm tay pptx

Rơle bảo vệ số trở thành giải pháp
trong tầm tay
Từ giữa thập kỷ 1990, rơle bảo vệ số bắt đầu tiếp quản vai trò thu thập dữ liệu trạm biến
áp, thay thế cho các thiết bị đầu nối từ xa (RTU). Điều này giảm rất nhiều số lượng bộ
chuyển đổi analog cũng như công tác đi dây. Các mạch nối giữa rơle bảo vệ mới và RTU
đã thay thế rất nhiều kiểu đi dây trạng thái điểm - điểm.
Tuy nhiên giờ đây, đồng hồ thời gian thực trong các rơle mới cần phải được đồng bộ hoá
chính xác theo cùng một đồng hồ gốc để đồng bộ hoá tất cả các RTU. Điều này sẽ hạn
chế khả năng liên hệ chính xác các sự kiện còn gắn thời gian với SCADA, với các sự kiện
có thời gian gắn với các rơle mới.
Các rơle bảo vệ số dựa trên thiết bị vi xử lý đã được áp dụng trong thực tế từ trên chục
năm nay. Ban đầu, ngành điện còn tỏ ra dè dặt trong sử dụng các rơle bảo vệ này. Các
rơle cơ điện truyền thống vẫn được ưa dùng hơn do giá rẻ và đã được thử thách lâu năm
trong sử dụng. Thiết kế hệ thống điều khiển và bảo vệ đã phát huy ưu thế về tính linh
hoạt và khả năng truyền thông của các rơle số hiện nay, cung cấp một giao tiếp nhà máy
thuận tiện và mạnh ở cấp dãy tổ hợp thiết bị đóng cắt.
Nhiều trạm biến áp truyền tải đang hoạt động đã làm việc trên 40 năm nay. Các trạm này
được xây dựng qua nhiều giai đoạn, một số bộ phận đã được mở rộng và cải tạo theo thời
gian. Không hiếm trường hợp trong cùng một trạm, có nhiều thiết bị thuộc thế hệ khác
nhau, do nhiều hãng chế tạo.
Điều này càng rõ nét hơn ở phía hệ thống nhị thứ: Điều khiển, bảo vệ, đo lường/đo chỉ số
công tơ và truyền thông. Trên cùng tủ rơle có thể thấy các rơle cơ điện từ thời cuối thập
kỷ 1960 và các rơle tĩnh analog từ những năm 1970, cùng với một số thế hệ rơle số. Một
số trạm vẫn có người trông coi, và truyền thông tới hệ thống sóng vô tuyến tải ba chung
xếp chồng chỉ dành riêng cho truyền tín hiệu.
Sức mạnh và độ linh hoạt của RTU hiện đại cung cấp cổng vào định chuẩn cần thiết để
giao tiếp với các hệ thống SCADA di sản, cung cấp mọi chức năng cần thiết cấp trạm.
Nhờ giảm thấp số lượng các giao tiếp vật lý nên đã giảm được đáng kể lượng đi dây tại
hiện trường, nhờ đó cho phép đưa đến hiện trường cả hệ thống đã được thử nghiệm trước
gần như đầy đủ ở cấu hình cuối cùng, do vậy giảm đáng kể yêu cầu thử nghiệm.
Thậm chí bên trong các trạm “không phải trọn gói”, ví dụ như các ứng dụng đã được cải

tạo, ở đó tổ hợp đóng cắt đã được thay thế; thì bảo vệ tích hợp và hệ thống điều khiển vẫn
tiết kiệm được đáng kể việc đi dây và thử nghiệm tại hiện trường, nhờ đó giải pháp trở
nên khả thi và có lợi về kinh tế. Do vậy có nhiều khả năng là loại giải pháp này sẽ ngày
càng trở nên thông dụng trong mạng phân phối của các công ty điện lực.
Công nghệ truyền thống và công nghệ mới
Máy cắt điện gắn với thời gian đóng vai trò then chốt trong cung cấp các chỉ dẫn về tác
động tại trạm biến áp, và theo truyền thống hệ thống SCADA dựa trên máy vi tính thu
thập các sự kiện gắn với thời gian này từ các RTU. Tất cả các sự kiện gắn với thời gian
đều được đồng bộ hoá với đồng hồ SCADA gốc. Thông tin đồng bộ hoá thời gian được
chèn vào dòng dữ liệu RTU thông thường để rồi được phân phối trên mạch liên kết
truyền thông chi phí thấp. Từ các dữ liệu rất có giá trị về sự kiện gắn với thời gian này,
các kỹ sư bảo vệ có thể phân tích trình tự các sự kiện sự cố.
RTU và rơle số là các thiết bị tại tuyến đầu của hệ thống theo dõi báo động. Nếu mua
thiết bị từ xa không đúng loại, bạn sẽ không có được cái nhìn toàn diện về các vị trí ở xa.
Nếu thuê nhà cung cấp không có khả năng đáp ứng chính xác nhu cầu của bạn, bạn sẽ
không bao giờ có được giải pháp hoạt động hoàn hảo. Nếu mua loại quá lớn, bạn sẽ
phung phí tiền vào những thứ bạn không cần. Nếu mua loại quá nhỏ thì bạn sẽ không có
đủ dung lượng và chức năng cần thiết để theo dõi hiệu quả. Nếu bạn không ra được quyết
định nào thì bạn không thể thấy được những gì xảy ra trên mạng.
Các thiết bị theo dõi báo động từ xa là các thiết bị tại tuyến đầu của hệ thống theo dõi.
Chúng chịu trách nhiệm thu thập các báo động để cung cấp cho bạn các thông báo về báo
động, giúp bạn tối đa hoá doanh thu bằng cách giảm thiểu thời gian chết. Không có dung
lượng chính xác cần thiết, hoặc dạng vận chuyển đúng, bạn sẽ không thể có được cái nhìn
toàn diện về mạng.
Tự động hoá phân phối (distribution automation – DA) và điều khiển từ xa bằng máy tính
các trạm trung áp và lưới điện giúp các công ty điện lực đạt được độ tin cậy cung cấp cao
hơn và giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng.
Trước kia, các tổ hợp đóng cắt loại có thể mở rộng, các thiết bị chính mạch vòng, máy cắt
tự động đóng lặp lại (recloser) và dãy tụ điện, các nguồn điện năng lượng gió nối với lưới
điện trung áp được thiết kế để vận hành tại chỗ, việc điều khiển từ xa chỉ ở mức hạn chế.

Ngày nay, bằng cách sử dụng truyền thông không dây tin cậy, các rơle và RTU đem lại
những giải pháp mạnh, tích hợp khi cần nâng cấp các thiết bị điện lắp đặt ở xa. Giải pháp
nâng cấp bao gồm việc tích hợp các bộ điều khiển dàn tụ điện, bộ đo dòng xoay chiều
không cần bộ chuyển đổi điện và bộ phát hiện sự cố thoảng qua (fault passage detection
unit – FPD) từ các bên bán thứ ba. Các thiết bị này hoạt động như các thiết bị điện tử
thông minh (intelligent electronic device – IED) và có thể đấu nối tới RTU qua Ethernet,
các cổng RS-232 hoặc RS-485 bằng cách sử dụng các trình duyệt MODBUS giặc DNP
3.0.
Trong một hệ thống quản lý phân phối (distribution management system – DMS), các
rơle số và RTU giao tiếp hoàn hảo với một dải rộng các trung tâm điều khiển tính năng
cao. Việc đấu nối tới các hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và trung tâm điều khiển
DA/DMS này nói chung được thực hiện qua cổng IP tính năng cao.
Rơle số có nhiều ưu điểm như chỉnh định chính xác, độ chính xác lặp lại cao, dải chỉnh
định rộng hơn, tiêu thụ ít điện hơn, v.v., được người sử dụng cuối cùng đánh giá cao. Tuy
nhiên phải mất hơn chục năm các rơle dựa trên bộ vi xử lý mới được chấp nhận rộng rãi.
Giờ đây ngành điện và các công ty điện lực đã quen thuộc với các rơle dựa trên bộ vi xử
lý có chức năng cụ thể, được sử dụng chủ yếu để bảo vệ. Các rơle này dựa trên dòng điện
hoặc điện áp. Do vậy khi mong muốn có được cả bảo vệ dòng và bảo vệ áp thì phải đo
đồng thời nhiều thông số và tổ hợp đóng cắt phải bao gồm thêm nhiều thiết bị.
Tuy nhiên chỉ cần một thiết bị dựa trên bộ vi xử lý, được thiết kế theo ý tưởng đa dụng là
có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu về bảo vệ, điều khiển và đo lường. Thiết bị loại này tạo
ra độ linh hoạt rất cao cho các kỹ sư thiết kế hệ thống. Thời gian cần thiết để hoàn thành
tổ hợp đóng cắt được rút ngắn bởi vì thiết bị có dải chỉnh định rộng đối với tất cả các
thông số đặc tính. Về mặt giá thành cũng thuận lợi bởi vì giảm được phụ tùng thay thế và
lưu kho. Việc thử nghiệm và đưa vào sử dụng cũng có thể thực hiện dễ dàng và nhanh
hơn nhiều.
Như chúng ta đều biết, càng có nhiều thành phần trong mạch bảo vệ và điều khiển thì xác
suất sự cố càng cao, chi phí bảo trì và thời gian truy tìm sự cố cũng tăng cao. Đồng thời
khi nhiều chức năng dồn vào cùng một linh kiện sẽ dẫn đến sự phụ thuộc chỉ vào một cơ
cấu.

Trong bối cảnh hiện nay, chi phí cho thời gian và không gian đóng vai trò then chốt. Một
sản phẩm tổng hợp hoàn chỉnh, chiếm ít không gian sẽ đem lại lợi ích kinh tế về nhiều
mặt:
- Giảm thời gian thiết kế, đưa vào sử dụng và truy tìm sự cố cho hệ thống.
- Ít sự cố hơn, giảm thời gian chết.
- Tiết kiệm không gian.
-
Để thực hiện các chức năng khác nhau với độ tin cậy cao hơn, các rơle số được trang bị
bộ vi xử lý đa năng dùng cho các chức năng khác biệt, cụ thể như theo dõi trạng thái của
đầu vào số, truyền thông, màn hình LCD và bộ xử lý trung tâm. Trong trường hợp sự cố
một bộ vi xử lý cụ thể, chỉ có chức năng liên quan bị ảnh hưởng, còn thông tin vẫn nhận
được tại phòng điều khiển trung tâm để nâng cao khả năng quản lý, đảm bảo vận hành và
bảo trì tốt hơn.
Sản phẩm tổng hợp hoàn chỉnh đảm bảo dữ liệu điện và điều khiển đầy đủ trên búyt
truyền thông là phương án kinh tế để thiết kế hệ thống điều khiển và truyền thông cho
một công ty điện lực. Nó cho phép đạt tốc độ truyền thông cao hơn và loại trừ các dữ liệu
dư thừa đến từ các thiết bị khác nhau của cùng một lộ (ví dụ thông tin liên quan đến dòng
điện đến từ các rơle cũng như các bộ chuyển đổi trong trường hợp cự cố). Để thu được
lợi ích tối đa từ hệ thống bảo vệ và điều khiển tích hợp, điều cơ bản là phải có một rơle
thông minh tinh vi, có khả năng thực hiện kết hợp bảo vệ và điều khiển. Cơ cấu này có
ích không chỉ đối với các kỹ sư bảo vệ/hệ thống, mà cả đối với các kỹ sư đo lường điều
khiển bởi vì nó có thể tích hợp nhiều chức năng logic trong một lộ cấp, nhờ thế không
cần phải có PLC bên ngoài, không cần đến các liên động cụ thể cho lộ cấp.
Rơle số cung cấp các chức năng bảo vệ và điều khiển hiện đại trong các cơ cấu mạnh, đa
năng mà lại kinh tế. Công nghệ số cho phép các cơ cấu điện tử thông minh này thực hiện
tất cả các chức năng cần thiết trong vùng bảo vệ với dải điều chỉnh rộng, nhiều nhóm
chỉnh định, nhiều đường cong phối hợp và tiêu thụ ít điện. Có đủ loại chức năng báo cáo
và báo động để lựa chọn, giúp cho việc theo dõi thiết bị và giảm bảo trì. Trình tự chi tiết
báo cáo sự kiện, báo cáo tóm tắt sự cố và sóng dao động ghi lại cho phép phân tích chi
tiết các trường hợp tác động nhằm xác định nguyên nhân vì sao rơle tác động.