Tự động hóa tại chỗ không cần đến sự can thiệp của con người

Andy Nesling, kỹ sư hệ thống điện tử tại công ty Lucy Switchgear, nghiên cứu làm thế nào để các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể thực hiện được các chức năng đóng cắt cơ bản, không cần đến sự can thiệp của con người và hầu như không cần đến dải tần truyền thông.

Trong 5 năm qua, việc tự động hóa các lưới phân phối phụ đã phát triển nhanh ở Vương Quốc Anh. Nhận thức được lợi ích của việc chẩn đoán sự cố và cấu hình lại lưới điện một cách nhanh chóng, các công ty lưới điện phân phối (distribution network office – DNO) đã tập trung đầu tư vào các hệ thống điều khiển SCADA, các thiết bị đầu cuối từ xa (remote terminal unit – RTU) và các cơ sở hạ tầng truyền thông tin cậy nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa lưới điện. Khi mà số lượng các vị trí được tự động hóa trong lưới điện phân phối gia tăng thì vấn đề dải tần truyền thông và khoảng dành cho các kỹ sư điều khiển ngày càng trở nên khó khăn. Đi liền với điều đó là yêu cầu không ngừng cắt giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng (customer minutes lost – CML) và rõ ràng là điều khiển từ xa thiết bị đóng cắt trung áp theo kiểu đơn lẻ không phải là một giải pháp tổng thể cho việc tự động hóa một cách tối ưu lưới điện.

Sơ đồ tự động hóa tại chỗ bao gồm các khối cấu trúc cơ bản sau:

· Thiết bị đóng cắt trung áp với các thông số đặc trưng phù hợp với chế độ vận hành dự kiến.

· Cơ cấu tác động của thiết bị đóng cắt trung áp.

· Thiết bị điện tử điều khiển thông minh cơ cấu tác động (RTU/IED/PLC).

· Môđun truyền thông (tuỳ chọn, không bắt buộc).

Chức năng của sơ đồ tự động hóa tại chỗ là thực hiện một hoặc một chuỗi các thao tác đóng cắt ở cấp trung áp trên cơ sở phải đáp ứng một bộ các tiêu chí và không cần đến sự can thiệp của con người. Trên thực tế có hai dạng chính về đóng cắt tự động tại chỗ, đó là:

· Đóng cắt bảo vệ, được thực hiện nhờ các rơ le thông minh và các máy cắt.

· Đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện, được thực hiện bởi các tủ đóng cắt mạch vòng (ring main unit  RMU) và các thiết bị đóng cắt lắp trên cột.

Trong khuôn khổ thảo luận ở đây, chúng ta sẽ chủ yếu đề cập đến những ưu điểm, và các vấn đề liên quan đến đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện bởi vì những vấn đề liên quan đến đóng cắt bảo vệ đã quá quen thuộc và có nhiều tài liệu về vấn đề này. Cũng cần lưu ý là có nhiều điểm tương đồng giữa hai chế độ đóng cắt này nhưng lại vẫn thường được coi là hoàn toàn khác nhau.

Đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện

Hình vẽ thể hiện một điểm đóng cắt điển hình trên lưới điện trung áp mà nếu áp dụng sơ đồ tự động tại chỗ sẽ mang lại lợi ích.

Vinamain.com

Một điểm đóng cắt điển hình trên lưới điện

Hình vẽ trình bày tủ đóng cắt mạch vòng (RMU) tại một điểm mở trên hệ thống, hoạt động với thiết bị đóng cắt phía bên trái bình thường đóng và thiết bị đóng cắt phía bên phải mở. Bộ RTU điều khiển các cơ cấu tác động lên RMU cần được lập trình theo sơ đồ đơn giản hoá sau:

· Trường hợp phía hạ thế bị mất điện – kiểm tra để thấy rằng bộ chỉ thị dòng chạm đất (fault passage indicator – FPI) không được đặt.

· Kiểm tra để thấy rằng thiết bị đóng cắt phía bên phải đã có điện áp trung áp toàn phần.

· Mở bộ đóng cắt phía bên trái và đóng bộ đóng cắt phía bên phải.

· Kiểm tra để thấy rằng điện áp hạ thế đã được khôi phục.

Sơ đồ nêu trên có thể khôi phục cung cấp điện ở phía hạ áp cho khách hàng trong vòng 30 s, đảm bảo thời gian cần thiết để kỹ sư điều khiển phân tích lưới điện và cô lập điểm bị sự cố. Trên sơ đồ thực tế còn có nhiều yếu tố khác nữa cần được xác nhận, trong đó có cơ cấu tác động, áp lực khí không đủ và sự can thiệp của người sử dụng, tất cả các yếu tố đó là nhằm đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy.

Những ưu điểm so với đóng cắt thông minh tập trung

Sau đây là một số ưu điểm của việc phân cấp giám sát và điều khiển thao tác đóng cắt phía trung áp:

· Giảm thời gian ngừng cấp điện cho khách hàng: Sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể thực hiện được tất cả các kiểm tra trước khi đóng cắt và điều khiển các thiết bị đóng cắt chỉ trong khoảng thời gian rất nhỏ so với khoảng thời gian để các kỹ sư điều khiển có thể thực hiện cũng các thao tác đó thông qua hệ thống SCADA trung tâm. Điều đó càng trở nên rõ ràng khi mà việc truyền thông tới các trạm ở xa  được thực hiện qua kết nối hệ thống truyền thông di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications – GSM), dịch vụ chung gói tin vô tuyến (General Packet Radio Service – GPRS) hay mạng điện thoại chuyển đổi công cộng (Public Switched – Telephone Network – PSTN). Kết quả là khách hàng chỉ bị gián đoạn cung cấp điện trong vài giây thay vì vài phút.

· Truyền thông: Sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể được cài đặt để chỉ báo cáo những dữ liệu thiết yếu về lưới điện trung áp và trạng thái sơ đồ tự động hóa, nhờ vậy giảm đáng kể khối lượng dữ liệu cần phải báo cáo về hệ thống SCADA trung tâm. Điều đó mang lại lợi ích rõ ràng đối với các hệ thống sử dụng modem quét sóng rađiô. Tùy theo chọn lựa, sơ đồ điều khiển tại chỗ có thể được cài đặt mà hoàn toàn không cần đến truyền thông (hoặc chỉ báo cáo tin nhắn ở dạng văn bản (text messaging – SMS). Điều này có thể mang lại lợi ích cho những công ty lưới điện phân phối (DNO) mà năng lực SCADA hiện nay còn hạn chế, đòi hỏi phải có tất cả các ưu thế của tự động hóa hệ thống, nhưng đã có đường đi nước bước rõ ràng trong việc nâng cấp để tiến tới theo dõi và điều khiển từ xa trong tương lai.

· Độ khả dụng: Vì các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể được cấu hình để vận hành mà không hề có bất kỳ sự phụ thuộc nào từ xa nên chúng có thể tiếp tục hoạt động thậm chí ngay cả khi có sự cố phần truyền tín hiệu, nhờ đó độ khả dụng được nâng lên đáng kể.

· Sự tham gia của kỹ sư điều khiển: Điều kiện thời tiết bất lợi có thể gây ra các sự cố lớn bất ngờ trên lưới điện trung áp. Một số sơ đồ tự động hóa tại chỗ, nếu được lập kế hoạch một cách cẩn thận, có thể định vị và cô lập sự cố một cách nhanh chóng, không cần đến sự can thiệp của kỹ sư điều khiển, đồng thời giảm tối đa số lượng khách hàng bị ngừng cung cấp điện.

Các vấn đề phát sinh khi áp dụng đóng cắt thông minh phân cấp

Mặc dù rõ ràng là sơ đồ tự động hóa tại chỗ có nhiều ưu điểm, song vẫn có một số yếu tố cần phải được xem xét một cách cẩn thận khi lên kế hoạch và thực hiện những sơ đồ như vậy:

· Sự phức tạp của lưới điện trung áp: Khi lên kế hoạch vị trí đặt sơ đồ tự động hoá tại chỗ, cần phải tính toán cẩn thận đối với tất cả các chế độ vận hành có thể xảy ra xung quanh khu vực đó của lưới điện. Ở nhiều dự án, điều thiết yếu là phải dự kiến phương tiện vô hiệu hoá từ xa sơ đồ tự động hoá. Với phương tiện này, kỹ sư điều khiển có thể kiểm soát hoàn toàn được từng phần hay toàn bộ lưới điện trong quá trình bảo dưỡng hay trong những trường hợp đặc biệt.

· Thời gian nghiệm thu: Mặc dầu sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể đem lại rất nhiều chức năng tuyệt vời kể trên, nhưng lại cần thêm một khoảng thời gian để lắp đặt và thử nghiệm tại chỗ. Các nhà sản xuất thiết bị đóng cắt đang ngày càng tập trung nghiên cứu để khách hàng cuối cùng có thể giảm thiểu chi phí này bằng việc đưa ra giải pháp trọn gói, từ thiết bị đóng cắt trung áp cho đến thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) và các thiết bị truyền thông. Hệ thống hoàn chỉnh  sau khi qua kiểm nghiệm đầy đủ, có thể được đưa tới hiện trường, nhờ vậy giảm đáng kể thời gian cho công việc lắp đặt và nghiệm thu hệ thống.

· Các chế độ sự cố: Khi mà một hệ thống ngày càng trở nên phức tạp thì việc xuất hiện nhiều dạng sự cố khác nhau là điều không thể tránh khỏi. Khi cân nhắc xem xét thực hiện tự động hoá tại chỗ một thiết bị đóng cắt trung áp, thì việc bổ sung thêm cơ cấu cách ly cơ khí tác động nhanh là một cách để giảm nhẹ rủi ro này, nhờ đó người sử dụng có thể tiếp tục thao tác bằng tay thiết bị đóng cắt trung áp trong trường hợp hỏng hệ thống tự động.

Sơ đồ tự động hóa tại chỗ dùng cho những ứng dụng quan trọng

Tháng 10 năm 2004, công ty Lucy Switchgear, kết hợp với một công ty lưới điện phân phối của Anh Quốc đã đưa vào hoạt động thành công một sơ đồ tại chỗ tự động chuyển nguồn cung cấp điện trung áp cho trạm bơm nước thải. Sơ đồ bao gồm hai tủ đóng cắt mạch vòng (RMU) Sabre với các rơ le máy cắt, các bộ tác động bằng động cơ và một thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) Gemini. Yêu cầu cơ bản từ phía khách hàng, một công ty kinh doanh nước tư nhân, là làm sao có thể khôi phục lại nguồn cung cấp điện trong vòng 60 s vì các thùng tràn có thể đạt đến dung tích tối đa nếu vượt quá khoảng thời gian nói trên.

Sơ đồ lập trình trong RTU được phát triển, có sự tư vấn chặt chẽ của công ty DNO nhằm đáp ứng tất cả các tình huống vận hành và các qui trình bảo dưỡng khác nhau. Ban đầu chưa có đường kết nối truyền thông giữa hệ thống SCADA chính và trạm bơm, vì vậy phải lắp một bảng điều khiển tại chỗ để cho phép kỹ sư điều hành kích hoạt hoặc vô hiệu hoá sơ đồ điều khiển tại chỗ. Sau khi đưa vào hoạt động thành công hệ thống, người ta đã bổ sung một đường kết nối sóng rađio công suất lớn tại hiện trường để cho phép người công ty lưới điện phân phối theo dõi RTU thông qua giao thức truyền thông DNP3.

Thực hiện thành công các sơ đồ tự động hóa tại chỗ

Trong những năm qua, chúng tôi nhận thấy những vấn đề then chốt cần xem xét khi lên kế hoạch và thực hiện sơ đồ tự động hóa tại chỗ là phải hiểu rõ tất cả các kịch bản vận hành khác nhau cần phải xem xét và đảm bảo rằng các thiết bị đóng cắt trung áp và cơ cấu tác động đã được thiết kế để vận hành trong mọi chế độ làm việc đã được dự kiến.

Ngoài ra, việc lựa chọn các bộ RTU/PLC mạnh, có khả năng mở rộng truyền thông trong tương lai bằng cách sử dụng các giao thức chuẩn công nghiệp là điều rất quan trọng, và đang làm việc chặt chẽ với bộ tích hợp hệ thống để phát triển một sơ đồ có độ tin cậy và độ khả dụng cao.

Cuối cùng, rất nên tiến hành thử nghiệm toàn diện trước khi bàn giao thiết bị tại hiện trường. Các hệ thống có thể không tác động trong nhiều tuần hay nhiều tháng, do vậy tất cả các kịch bản cần được thử nghiệm đầy đủ trước khi bàn giao. Điều đó đảm bảo rằng các vấn đề trục trặc liên quan đến các sơ đồ sẽ không phát sinh sau nhiều năm, hoặc tệ hơn khi mà rất nhiều sơ đồ tương tự đã được lắp đặt.

Nói tóm lại, các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể là bước khởi đầu tuyệt vời cho việc thực hiện tự động hóa các lưới điện phụ với khả năng nâng cấp thành hệ thống SCADA điều khiển và theo dõi. Chúng có thể được sử dụng như là một phương pháp để giảm khối lượng truyền thông cho lưới điện tự động hoá hiện có và các ứng dụng quan trọng để khôi phục cung cấp điện cho khách hàng với thời gian mất điện tối thiểu.

Tác giả: ptc1

One response to “Tự động hóa tại chỗ không cần đến sự can thiệp của con người

  1. Pingback: vinamain

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s