Giới thiệu
Việc công nhận IEC 61850 như một tiêu chuẩn tham chiếu cho trạm biến áp kỹ thuật số tạo ra sự thay đổi lớn trong thiết kế, thí nghiệm và bảo trì hệ thống đo lường bảo vệ.
Một trong những thay đổi chính đó là việc sử dụng Process Bus để trao đổi dữ liệu đo lường dạng số (Sampled Values) cùng thông tin trạng thái và lệnh điều khiển dạng nhị phân (binary) qua một mạng Ethernet kết nối giữa các thiết bị ngoài trời và tủ điều khiển ngăn lộ, nên cáp tín hiệu (cáp điều khiển) vật lý giữa các thiết bị ngoài trời và thiết bị điều khiển không còn cần thiết. Đây là một trong những ưu điểm chính của việc mở rộng áp dụng IEC 61850 cho Process Bus với các lợi ích rõ ràng về tính an toàn, giảm cáp nối phức tạp và nhất là chi phí.
Process Bus: So sánh tiêu chuẩn IEC 61850-9-2LE và IEC 61869-9
IEC 61850-9-2 ed.2 đề cập đến Process Bus, nhưng tiêu chuẩn lại để các nhà phát triển diễn giải quá tự do theo các hướng khác nhau, khiến các đơn vị điện lực không tận dụng được các lợi ích về sự tương thích thực sự trong hệ thống có các thiết bị của các hãng khác nhau.
UCA định nghĩa một “Hướng dẫn tích hợp giao diện số cho máy biến áp đo lường sử dụng IEC 61850-9-2” (thường được gọi là IEC 61850-9- 2LE) với mục đích về khả năng tương thích mong muốn, nhưng thị trường vẫn thiếu một tiêu chuẩn đảm bảo khả năng tương thích giữa máy biến áp đo lường số và các IED được kết nối với nó. Điều này đã được giải quyết vào năm 2016 khi tiêu chuẩn IEC 61869- 9 được phê duyệt trong đó xác định yêu cầu đối với “Giao diện số cho máy biến áp đo lường”. IEC 61869-9 quy định cụ thể các thông số bị bỏ ngỏ trong IEC 61850-9-2 như tốc độ lấy mẫu được hỗ trợ bởi các máy biến áp đo lường số, đồng bộ thời gian được sử dụng, nội dung tập dữ liệu được gửi với mỗi Sampled Value,…
Điểm khác biệt chính giữa IEC 61850-9-2LE và IEC 61869-9 liên quan đến tốc độ lấy mẫu và phương pháp đồng bộ thời gian.
IEC 61850-9-2LE xác định PPS là phương pháp đồng bộ thời gian trong khi IEC 61869-9 sử dụng phương thức IEC 61850-9-3 profile của IEC 61588:2009 (còn được gọi là PTP hoặc 1588).
Mặt khác IEC61869-9 vẫn giữ nguyên tốc độ lấy mẫu được đề cập trong 9-2LE để đảm bảo sự tương thích ngược; nhưng khuyến nghị sử dụng 4800Hz cho bảo vệ và 14400Hz cho đo chất lượng điện năng (cũng đề cập 96000Hz cho các ứng dụng điều khiển DC). IEC 61869-9 cũng khuyến nghị cấu trúc khung là 2 hoặc 6 ASDUs (thay vì 1 hoặc 8 trong 9-2LE) và các svIDs ngắn để dự trữ băng thông.
Dự án
Statnett, một đơn vị thuộc TSO Na-Uy, quyết định kiểm tra mô hình thực tế Process Bus dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850-9-2. Mục đích là thử nghiệm một trạm kỹ thuật số tích hợp nhiều hãng sản xuất và học hỏi đúc rút những kinh nghiệm trong 2 năm thí điểm triển khai song song với hệ thống đo lường bảo vệ truyền thống.
Một nhà thầu độc lập (Jacobsen Elektro) đã được giao phụ trách dự án và ARTECHE được chọn là nhà sản xuất độc lập cung cấp máy biến áp đo lường số theo IEC 61869-9. ARTECHE cung cấp giải pháp máy biến áp đo lường phi truyền thống NCIT (kiểu quang) (bao gồm máy biến dòng đo lường quang SDO-ICT và Merging Unit loại SDO-MU) cũng như các Stand-Alone Merging Unit kiểu SAMU được sử dụng để số hóa đầu ra tương tự từ các máy biến dòng điện & máy biến điện áp truyền thống.
Toàn bộ hệ thống dựa trên việc trao đổi thông tin Sampled Values theo quy định trong IEC 61869-9 giữa Merging Units tích hợp và Stand-Alone Merging Units với các IED bảo vệ và điều khiển từ 3 hãng sản xuất khác nhau.
Đồng bộ thời gian được được thực hiện theo giao thức PTP (IEEE 1588v2) dựa trên đồng bộ thời gian với đồng hồ chủ (master clock) dự phòng để đảm bảo khả năng phục hồi của hệ thống. Về truyền thông, PRP được sử dụng để đảm bảo khả năng dự phòng trong dự án thí điểm sử dụng nhiều hãng sản xuất này
Các lợi ích khác của SDO OCT
Ngoài các lợi ích trong ứng dụng đo lường số, chủ đầu tư sẽ hưởng lợi với một số tính năng khác của biến dòng quang SDO của ARTECHE. Do không sử dụng vật liệu dẫn điện để nối đầu cảm biến của máy biến áp tới Merging Unit, có thể sử dụng chung đầu cảm biến cho mọi cấp điện áp (chỉ cần chọn phần sứ cách điện bên dưới phù hợp). Nhờ vào nền tảng công nghệ quang, máy biến dòng quang SDO không bị bão hòa mạch từ và có thể đảm bảo cấp chính xác đo lường Class 0.2 và cho phép đo chính xác trên một dải động rộng bao gồm cả cấp chính xác cho bảo vệ. Nghĩa là cùng một loại biến dòng quang, có thể sử dụng chung cho mọi cấp dòng điện và điện áp cả trong ứng dụng đo lường và bảo vệ.
Lợi ích thứ hai là sử dụng vật liệu cách điện dạng rắn và khô. Nhờ vào đó, không cần bảo trì và không có rủi ro cho môi trường hoặc nguy cơ mất an toàn (không bị rò rỉ hoặc xảy ra sự cố cháy nổ).
Kết quả của dự án
Dự án thí điểm đã hoàn thành thí nghiệm đưa vào vận hành vào tháng 9 năm 2017 và hệ thống đã vận hành suốt từ đó đến nay.
Tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế của phương pháp này đã được chứng minh và hệ thống đang được giám sát liên tục để đánh giá hiệu suất, các yêu cầu bảo trì,….
