Giải pháp hệ thống giám sát tập trung cho trang trại gió

Thời gian: 2 tháng 9 năm 2023 |Nguồn: Acrel

Tóm tắt: Là một trong những nguồn năng lượng sạch, công suất lắp đặt của các trang trại gió tăng trưởng nhanh chóng trong những năm gần đây.Trang trại gió được chia thành trang trại gió trên bờ và trang trại gió ngoài khơi.Nói chung, chúng được đặt ở những địa điểm xa xôi, với các cơ sở lắp đặt rải rác và môi trường khắc nghiệt.Vì vậy, các trang trại gió cần một hệ thống giám sát từ xa để tạo điều kiện thuận lợi cho nhân viên vận hành và bảo trì quản lý hoạt động trang trại gió hiệu quả hơn.

Từ khóa: trang trại gió, hệ thống giám sát tập trung, thiết bị đo lường và điều khiển máy biến áp hộp

1.Thiết bị điện cho trang trại gió

Cabin trên cùng của mỗi tổ máy phát điện được trang bị một máy phát tua-bin, phía trước là cánh quạt có thể điều chỉnh được.Hệ thống có thể điều chỉnh góc nghiêng của cánh quạt theo các điều kiện gió khác nhau.Tốc độ chung của cánh quạt là 10-15 điểm vòng/phút, thông qua hộp số có thể điều chỉnh tốc độ 1500 vòng/phút để dẫn động máy phát điện.Một PLC công nghiệp cũng được cấu hình trong phòng máy để điều khiển và thu thập dữ liệu liên quan.Tốc độ gió, hướng gió, tốc độ quay, công suất tác dụng và công suất phản kháng của quá trình phát điện và các dữ liệu liên quan khác được thu thập thông qua PLC và máy phát điện được điều khiển theo thời gian thực thông qua dữ liệu được thu thập.Trên đất liền, máy biến áp hộp được lắp đặt dưới chân tháp gió có nhiệm vụ tăng tốc và hội tụ.Tùy theo điều kiện công suất và địa lý, nhiều tuabin gió được tăng áp một lần và kết nối song song để hội tụ về trạm biến áp tăng áp.Gửi điện vào lưới điện.Sơ đồ nối dây điện của trang trại gió được thể hiện trên Hình 1. Điện áp phát ra từ quạt thường là 0,69kV, được tăng lên 10kV hoặc 35kV bằng máy biến áp hộp.Sau nhiều điểm hợp lưu song song, chúng được kết nối với thanh cái phía hạ áp của trạm biến áp tăng áp, sau đó được tăng áp lên 110kV hoặc cao hơn bằng máy biến áp chính.vào lưới điện.

Khác với điện gió trên bờ, do môi trường khắc nghiệt của điện gió ngoài khơi (độ ẩm cao, mật độ muối cao), máy biến áp loại khô dùng để tăng áp sơ cấp được tích hợp trong khoang động cơ của quạt gió không chỉ giải quyết được vấn đề của toàn bộ diện tích của thiết bị mà còn tránh được khó khăn trong việc bảo vệ do lắp đặt máy biến áp ở vị trí thấp hơn.

Hình 1 Sơ đồ nối dây điện của trang trại gió

 

2. Thiết bị bảo vệ, đo lường và điều khiển cho trang trại gió

Từ máy phát điện tua bin gió - máy biến áp hộp tăng áp - hợp lưu - trạm tăng áp thanh cái trung thế - máy biến áp chính - trạm tăng áp thanh cái cao áp - ổ cắm điện áp cao - nối lưới, phần giữa cần được tăng áp hai lần trước khi hòa vào lưới điện có số lượng và chủng loại thiết bị điện lớn, bất kỳ sự cố nào ở bất kỳ liên kết nào cũng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của trang trại gió.Vì vậy, cần thiết lập các thiết bị bảo vệ, đo lường, điều khiển tại tất cả các mắt xích của trang trại gió để giám sát toàn diện tình trạng vận hành của trang trại gió.Hình 2 là sơ đồ cấu hình các thiết bị bảo vệ, đo lường và điều khiển của trang trại gió.

Hình 2 Sơ đồ cấu hình thiết bị đo lường và điều khiển bảo vệ cho trang trại gió

2.1 Thiết bị đo và điều khiển máy biến áp hộp

Để giảm tổn thất đường dây ở các trang trại gió trên bờ, trạm tăng áp kiểu hộp 0,69/35(10)kV thường được lắp đặt bên cạnh tuabin gió.Khoảng cách giữa các tuabin gió trong trang trại gió lên tới hàng trăm mét, cách xa phòng điều khiển trung tâm.Các máy biến áp tăng áp được đặt ở ngoài trời, môi trường tự nhiên tương đối khắc nghiệt nên việc kiểm tra thủ công gặp khó khăn.Thiết bị đo lường và điều khiển của máy biến áp kiểu hộp là bộ phận cốt lõi của hệ thống giám sát của trang trại gió, giúp thực hiện quản lý thông minh máy biến áp kiểu hộp.Thiết bị đo lường và điều khiển trạm hộp có thể bảo vệ và giám sát từ xa trạm hộp điện gió, thực hiện đầy đủ các chức năng "báo hiệu từ xa, đo từ xa, điều khiển từ xa và điều chỉnh từ xa", đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả vận hành và bảo trì trang trại gió .

 

Hình 3 Thiết bị đo lường và điều khiển trạm hộp trang trại gió

 

Thiết bị đo lường và điều khiển bảo vệ máy biến áp kiểu hộp AM6-PWC là một thiết bị tích hợp tích hợp bảo vệ, đo lường, điều khiển và liên lạc cho các yêu cầu khác nhau của máy biến áp tăng cường năng lượng gió và quang điện.Cấu hình chức năng của nó được hiển thị trong bảng dưới đây.

Tên	Chức năng chính
Đo sáng từ xa	Đo AC: Dòng điện ba pha, điện áp ba pha, tần số, hệ số công suất, công suất tác dụng, công suất phản kháng
	6 kênh dòng điện, 6 kênh điện áp
	Đo DC: tổng cộng 4 kênh. Tiêu chuẩn 2 kênh 4-20mA hoặc 2 kênh 5V DC Điện trở nhiệt 2 kênh tiêu chuẩn (hệ thống hai dây hoặc ba dây)
Tín hiệu từ xa	29 kênh đầu vào mở, trong đó 10 kênh đầu tiên được cố định là đầu vào tín hiệu không bảo vệ nguồn
Điều khiển từ xa	Đầu ra rơle 6 kênh cho đầu ra bảo vệ hoặc đầu ra điều khiển từ xa thông thường
Sự bảo vệ	Bảo vệ không dùng điện: Khí nhẹ, khí nặng, nhiệt độ cao, nhiệt độ cực cao, mức dầu máy biến áp thấp, van giảm áp bảo vệ thông thường: bảo vệ dòng điện ba giai đoạn, bảo vệ dòng điện không tuần tự, bảo vệ quá áp, bảo vệ điện áp thấp;bảo vệ quá áp không thứ tự
Giao tiếp	2 giao diện truyền thông cáp quang tự phục hồi, có thể tạo thành mạng vòng cáp quang
	Giao diện truyền thông Ethernet 3 kênh (tùy chọn, vui lòng ghi rõ khi đặt hàng)
	4 cổng giao tiếp RS485
Chuyển đổi giao thức	Giao diện truyền thông RS485 có thể cấu hình 4 kênh, cấu hình miễn phí và chuyển đổi các giao thức khác nhau
Ghi	Ghi nhận 35 vụ tai nạn mới nhất và 50 kỷ lục hành động

 

2.2 Đo và điều khiển bảo vệ đường dây hạ áp và thanh cái

Nhiều tuabin gió lần đầu tiên được tăng áp lên 35 (10) kV sau đó mắc song song tạo thành mạch nối với thanh cái phía hạ áp của trạm biến áp tăng áp..Để đạt được sự giám sát toàn diện, đường dây được trang bị các thiết bị bảo vệ đường dây, thiết bị đo lường và điều khiển đa chức năng, thiết bị giám sát chất lượng điện năng và thiết bị đo nhiệt độ không dây để thực hiện giám sát thời gian thực về bảo vệ điện đường dây,đo lường và nhiệt độ, và các thanh cái phía hạ áp được trang bị các thiết bị bảo vệ hồ quang.

Mục	ảnh	Người mẫu	Chức năng	Ứng dụng
bảo vệ đường dây		AM6-L	Bảo vệ dòng điện và điện áp mạch 35 (10) kV, bảo vệ không dùng điện, chức năng đo lường và điều khiển tự động.	bảo vệ đường dây và đo lường, điều khiển phía hạ áp trạm tăng áp
thiết bị giám sát chất lượng điện năng		APView500	Giám sát chất lượng điện theo thời gian thực như độ lệch điện áp, độ lệch tần số, mất cân bằng điện áp ba pha, dao động và nhấp nháy điện áp, sóng hài, v.v., ghi lại các sự kiện chất lượng điện khác nhau và xác định vị trí các nguồn gây nhiễu.
máy đo năng lượng đa năng		APM520	Nó có khả năng đo công suất đầy đủ, tốc độ biến dạng sóng hài, thống kê tốc độ truyền điện áp, thống kê năng lượng điện chia sẻ thời gian, chuyển đổi đầu vào và đầu ra, đầu vào và đầu ra analog.
bảo vệ hồ quang xe buýt		ARB6	Nó phù hợp để thu thập tín hiệu đèn hồ quang và tín hiệu dòng điện của tủ công tắc, đồng thời điều khiển việc mở tất cả các tủ công tắc trên đường đến, dây nối thanh cái hoặc xe buýt	bảo vệ thanh cái ở phía điện áp thấp của trạm tăng áp
cảm biến nhiệt độ không dây		ATE400	Giám sát nhiệt độ thanh cái và điểm đấu nối cáp của hệ thống phân phối điện áp từ 35kV trở xuống và cảnh báo sớm nhiệt độ tăng cao.	nhiệt độ.đo các tiếp điểm đường dây và thanh cái ở phía hạ áp của trạm tăng áp

Bảng 1 Cấu hình đo và điều khiển đường dây hạ thế, bảo vệ thanh cái

 

2.3 Đo và điều khiển bảo vệ máy biến áp chính

Sau khi việc phát điện tuabin gió được hợp lưu bởi thanh cái phía điện áp thấp, nó được tăng áp lên 110kV thông qua máy biến áp chính và kết nối với lưới điện.Máy biến áp chính được trang bị bảo vệ vi sai, bảo vệ dự phòng cao, bảo vệ dự phòng thấp, bảo vệ không dùng điện, thiết bị đo lường và điều khiển, điều khiển nhiệt độ máy biến áp và bộ truyền bánh răng để thực hiện chức năng bảo vệ, đo lường và điều khiển của máy biến áp chính và tập trung cài đặt màn hình nhóm.

Mục	ảnh	Người mẫu	Chức năng	Ứng dụng
thiết bị bảo vệ vi sai		AM6-D2	Bảo vệ vi sai ở cả hai phía của máy biến áp chính	máy biến áp chính trạm tăng áp
bảo vệ dự phòng phía điện áp cao và thấp		AM6-TB	Quá dòng ba giai đoạn, quá dòng thứ tự không hai giai đoạn, bảo vệ quá dòng khoảng cách hai giai đoạn, chặn điện áp tổng hợp, bảo vệ quá áp không thứ tự hai giai đoạn, điều khiển ngắt mạch	máy biến áp chính trạm tăng áp
bảo vệ không dùng điện		AM6-FD	Khí nặng, khí nhẹ, quá nhiệt, quá nhiệt, bảo vệ và báo động giải phóng áp suất	máy biến áp chính trạm tăng áp
thiết bị đo lường và điều khiển		AM6-K	Đo sáng từ xa, báo hiệu từ xa, điều khiển từ xa	máy biến áp chính trạm tăng áp
máy phát nhiệt độ		ARTM-8L	Giám sát nhiệt độ dầu và cuộn dây máy biến áp chính	máy biến áp chính trạm tăng áp

Bảng 2 Cấu hình đo và điều khiển bảo vệ máy biến áp chính

 

2.4 Đo và điều khiển bảo vệ đường dây cao áp

Năng lượng điện do trang trại gió tạo ra được tăng gấp đôi lên 110kV và sau đó được hòa vào lưới điện.Đường dây 110kV được trang bị bảo vệ vi sai cáp quang, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ chống đảo và các thiết bị đo lường điều khiển.

Mục	ảnh	Người mẫu	Chức năng	Ứng dụng
Thiết bị bảo vệ		AM6-LD	Thiết bị bảo vệ vi sai sợi quang	cả hai bên của dòng
		AM6-L2	Khoảng cách giữa các pha/mặt đất, quá dòng thứ tự không, vị trí sự cố, v.v.	bên này
		AM6-K	Đo sáng từ xa, báo hiệu từ xa, điều khiển từ xa
		AM5SE-IS	Thiết bị bảo vệ chống đảo, khi lưới điện bên ngoài bị ngắt khỏi lưới điện
thiết bị giám sát chất lượng điện năng		APView500	Giám sát thời gian thực về chất lượng điện năng như độ lệch điện áp, độ lệch tần số, mất cân bằng điện áp ba pha, dao động và nhấp nháy điện áp, sóng hài, v.v., ghi lại các sự kiện chất lượng điện khác nhau và xác định vị trí các nguồn gây nhiễu. Bên này

 

Bảng 3 Cấu hình đo và điều khiển bảo vệ đường dây 110kV

 

3. Hệ thống giám sát trang trại gió

Nền tảng giám sát trang trại gió thực hiện việc giám sát, kiểm soát và quản lý trạng thái vận hành của trang trại gió và dữ liệu thời gian thực của tua-bin gió, cải thiện độ tin cậy và hiệu quả vận hành của trang trại gió, giảm chi phí bảo trì và thực hiện quản lý thông minh .

Trang trại gió có diện tích tương đối rộng và thiết bị nằm rải rác.Hệ thống có yêu cầu tương đối cao về độ tin cậy truyền dữ liệu và hiệu suất thời gian thực.Nếu điều kiện cho phép, mạng vòng dự phòng cáp quang có thể được sử dụng để thu thập và liên lạc dữ liệu, đồng thời phương pháp không dây LORA cũng có thể được sử dụng để truyền dữ liệu.

Hình 4 Sơ đồ hệ thống giám sát trang trại gió

Dữ liệu của bộ quạt gió PLC và thiết bị đo lường và điều khiển máy biến áp hộp được tải lên máy chủ dữ liệu trong phòng điều khiển thông qua mạng vòng cáp quang, đồng thời dữ liệu của hệ thống tự động hóa toàn diện của trạm tăng áp được tải lên dữ liệu máy chủ thông qua Ethernet.Các máy phát, hệ thống DC và các thiết bị thông minh khác được kết nối với máy quản lý truyền thông để tải dữ liệu lên máy chủ.

 

3.1 Giám sát trang trại gió

Hiển thị toàn diện các thông số cơ bản của toàn bộ quạt gió trang trại gió (bao gồm tốc độ gió, công suất, tốc độ, v.v.) và có thể nhận ra việc phát điện hàng ngày, phát điện hàng tháng, hàng năm. Việc giám sát phát điện thuận tiện cho thời gian thực giám sát tình trạng hoạt động của quạt gió.

3.2 Giám sát thuyền viên

Giám sát các thông số, trạng thái điều khiển của từng module điều khiển trong thiết bị, bao gồm: bước, độ lệch, hộp số, máy phát điện, trạm thủy lực, phòng máy, bộ chuyển đổi, lưới điện, xích an toàn, mô men xoắn, trục chính, chân tháp, máy đo gió, v.v. Thực hiện hiển thị toàn diện các thông số, lỗi và biểu đồ xu hướng của từng mô-đun.

3.3 Hiển thị dữ liệu thời gian thực

Quạt hút, trạm biến áp và các thiết bị khác trong trang trại gió được trang bị cảm biến và thiết bị giám sát, có thể thu thập dữ liệu điện vận hành, nhiệt độ, độ rung và các thông số khác của thiết bị trong thời gian thực và đưa ra cảnh báo kịp thời trong trường hợp bất thường.

3.4 Quản lý nguồn điện

Việc hiển thị các thông số tác dụng và phản kháng, kiểm soát và điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng cũng như các chức năng khác có thể giảm chi phí vận hành của doanh nghiệp một cách hiệu quả và cung cấp hỗ trợ dữ liệu cho mục tiêu bảo tồn năng lượng và giảm phát thải.

3.5 Báo cáo sản xuất

Chức năng hiển thị và báo cáo các thông số quan trọng như năng lượng gió, chỉ số hiệu suất trang trại gió, đơn vị năng lượng mới và hỗ trợ thống kê hoạt động của từng thiết bị trang trại gió theo chiều thời gian (ngày, tháng, năm).Theo phương pháp truy vấn ngày, tháng, năm, các tham số quan trọng được phân loại và đếm theo mục và tạo báo cáo.

3.6 Phân tích thống kê

Hỗ trợ nhiều chức năng phân tích thống kê, khai thác triệt để giá trị tiềm năng của dữ liệu, cung cấp giải pháp tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng, cung cấp cơ sở ra quyết định cho người quản lý, nâng cao trình độ quản lý của doanh nghiệp một cách khả thi và cuối cùng đạt được mục tiêu về năng lượng- tiết kiệm, giảm phát thải và sản xuất khoa học.Các phương pháp phân tích bao gồm: thống kê lỗi, đường cong công suất, thống kê khả dụng, biểu đồ gió tăng, báo cáo năng lượng tốc độ gió, thống kê sử dụng và thời gian ngừng hoạt động hàng tháng và hàng ngày, v.v.

 

Người giới thiệu:

[1] Hướng dẫn ứng dụng và thiết kế lưới điện siêu nhỏ Acrel Enterprise.Phiên bản 2022.05