Các công ty điện lực liên tục giám sát đường dây cao thế để vận hành an toàn và cấp điện liên tục. Rơ le bảo vệ được trang bị tại trạm biến áp và các khu vực trọng yếu được kết nối qua kênh truyền thông nhằm cô lập và bảo vệ thiết bị, nhà máy khi có sự cố. Kênh truyền thông dùng cho ứng dụng bảo vệ yêu cầu độ sẵn sàng rất cao và độ trễ cực thấp. Các mạng viễn thông trước đây thường sử dụng cáp đồng để kết nối, bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện trường trong môi trường trạm biến áp. Để tránh vấn đề này, việc kết nối thiết bị bảo vệ thường dùng kênh truyền dẫn quang theo tiêu chuẩn IEEE C37.94. Tiêu chuẩn IEEE C37.94 quy định cách kết nối thiết bị bảo vệ và ghép kênh truyền cho các nhà sản xuất thiết bị khác nhau.
Bảo vệ đường dây cao thế
Công ty vận hành dùng phương pháp bảo vệ xa cho phép trạm biến áp kết nối với trạm biến áp khác lựa chọn cách ly sự cố trên đường dây cao thế, máy biến áp, cuộn kháng và các bộ phân quan trọng của lưới điện. Việc này yêu cầu mạng viễn thông điện lực phải hoạt động liên tục ổn định để đảm bảo độ chính xác. Vì vậy mạng viễn thông phải luôn ở trạng thái sẵn sàng cao, tốc độ truyền nhanh, chất lượng cao và độ trễ thấp.
Mạng viễn thông trong quá khứ sử dụng mạch truyền dẫn dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu sóng vô tuyến và điện trường (EMI/RFI), sai số do vòng đất (signal ground loops), gia tăng điện thế đất. Mạch viễn thông dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu không được sử dụng cho bảo vệ xa.
Môi trường trạm biến áp luôn đặc trưng bởi điện từ trường cao do hiệu điện thế và dòng điện đường dây gây ra. Hơn thế nữa khi có sự cố điện áp tăng cao gây mức nhiễu điện từ trường tăng cao gây lỗi truyền dẫn trên mạch truyền dẫn cáp đồng. Độ tin cậy của đường truyền giữa các rơ le là rất quan trọng và phải có khả năng chống chịu lại ảnh hưởng môi trường điện áp cao như cảm ứng tần số cao và gia tăng điện thế đất.
Kiến trúc bảo vệ xa C37.94
Để xử lý vấn đề này công ty điện lực đã chuyển sang dùng truyền dẫn quang kết nối rơ le trạm biến áp. Truyền dẫn quang không yêu cầu phải nối đất và vì thế miễn nhiễm với nhiễu điện. Tiêu chuẩn liên kết quang IEEE C37.94 được sử dụng ngày càng phổ biến trong rơ le đến bộ ghép kênh ngành điện. Bảo vệ xa IEEE C37.94 có thể truyền tín hiệu báo sự cố qua nhiều mạng khác nhau bao gồm PDH/SDH và chuyển mạch gói. Việc sử dụng sửa lỗi giúp tăng độ ổn định và tin cậy của đường truyền dẫn bảo vệ xa các thiết bị quan trọng.
Giao thức IEEE C37.94
Hệ thống bảo vệ xa phải cô lập rất nhanh ngăn chặn hư hỏng lưới điện và gây mất điện. IEEE quy định C37.94 bao gồm n x 64 kbps (n=1...12) giao diện quang đa mode lâp trình được kết nối trong suốt giữa rơ le bảo vệ xa và bộ ghép kênh với khoảng cách cho phép tối đa 2km hoặc sợi quang đơn mode với khoảng cách xa hơn. Tiêu chuẩn xác định các thiết bị truyền dẫn và bảo vệ trong trạm sử dụng cáp quang, đồng bộ đồng hồ (clock recovery), rung và trôi pha tín hiệu (jitter tolerances), cách kết nối vật lý, hành động thiết bị bảo vệ tuân theo khi xảy ra sự cố hoặc bất thường trên mạng lưới. Rất nhiều nhà sản xuất rơ le bảo vệ đã tuân theo tiêu chuẩn này bao gồm ABB, SEL, RFL, RAD ... Thiết bị bảo vệ xa qua mạng diện rộng sẽ sử dụng giao diện quang IEEE C37.94 , G.703, kênh truyền đồng hướng 64Kbps, E1 và ngày càng nhiều mạng Ethernet carrier.
Đo kiểm C37.94
Trước khi bàn giao đường truyền C37.94 cho bảo vệ lưới điện, giao diện và đường truyền phải được đo kiểm để biết chúng có phù hợp và đạt tiêu chuẩn không. Có sự khác biệt lớn giữa đường truyền C37.94 điểm - điểm với đường truyền ghép kênh SDH hoặc mạng truyền dẫn chuyển mạch gói mặc dù cả hai đều phải đo kiểm để đảm bảo sự chính xác.
Đường truyền C37.94 điểm - điểm trực tiếp hoạt động rất tốt và dễ đo kiểm vì đó là đường đối xứng, độ trễ cố định và không chia sẻ băng thông với các ứng dụng khác. Trong khi đó C37.94 truyền qua mạng SDH / SONET hoặc chuyển mạch gói thì không đối xứng, độ trễ thay đổi và ghép chung với dữ liệu khác có thể ảnh hưởng đến truyền dẫn dữ liệu bảo vệ quan trọng.
Đo kiểm tỷ lệ lỗi bít (BER)
Test lỗi bít xác định khả năng truyền dẫn không lỗi giữa hai cổng thiết bị mạng. Thử nghiệm này được sử dụng rông rãi trong mạng truyền thông vì nó có thể xác định sự cố giữa hai điểm trên mạng bao gồm:
- Nhiễu can (Noise interfering) trong môi trường truyền dẫn và thiết bị mạng.
- Hư hỏng một phần hoặc toàn bộ thiết bị truyền dẫn chủ động.
- Tín hiệu điện biên hoặc công suất laser cổng kết nối quang.
- Mất khung dữ liệu do mất đồng hồ đồng bộ gây lỗi khung và mất dữ liệu.
- Gián đoạn mạng do lỗi chuyển mạch gói hoặc các sự cố khác.
- Trễ và mất dữ liệu do quá tải mạng hoặc tràn bộ đệm trên mạng hoặc thiết bị ghép kênh. Sự cố này hay gặp nhất trên mạng truyền dẫn Carrier Ethernet và có thể khắc phục bằng việc lắp đặt thiết bị đo kiểm chất lượng mạng Ethernet.
Đo kiểm lỗi bít được tiến hành theo thời gian ngắn hoặc kéo dài nhiều giờ để phát hiện các sự kiện trên mạng theo chu kỳ, như thay đổi băng thông trên mạng điện lực hoặc sự kiện chuyển mạch đường dây cao thế. Tùy theo công nghệ truyền dẫn sử dụng mà thử nghiệm này ngắn hay dài, đặc bịệt khi kết hợp các công nghệ truyền dẫn không dây như viba ...
Trễ mạng
Đây là lỗi hay xuất hiện trên mạng ghép kênh và chuyẻn mạch gói. Trễ mạng sẽ gây sự cố nghiêm trọng cho hệ thống bảo vệ xa nên nhất thiết phải xác định độ trễ mạng có trong mức cho phép hay không. Dùng thiết bị lặp (loopback device) ta xác định được độ trễ hai chiều giữa hai cổng mạng và ước tính được độ trễ một chiều. Điều này giả thiết rằng đường truyễn dần giữa hai cổng là đối xứng nhưng thực tế khi truyền qua bộ ghép kênh và các thiết bị mạng khác thì sẽ không phải như vậy. Khả năng trễ không đối xứng sẽ tăng cao khi sử dụng mạng chuyển mạch gói Ethernet dùng không dây, viba ...
Thiết bị đo cầm tay dùng kết hợp GPS sẽ cho phép đo trễ một chiều (one-way-delay OWD) giữa hai cổng mạng. Phép đo trễ một chiều cho phép đo độ trễ đôc lập theo từng chiều cho phép xác định mức bất đối xứng của mạng.
Giao diện hợp chuẩn
Mặc dù đo lỗi bit xác định đường truyền dẫn không bị lỗi và đo trễ một chiều OWD xác định độ trễ mạng, vẫn cần phải thử nghiệm giao diện hợp chuẩn để xác đinh thiết bị bảo vệ và truyền dẫn tương thích và có thể kết nối với nhau.
Bài thử nghiệm này bao gồm các thông tin cơ bản như đo tần số và độ lệch đồng hồ đồng bộ thời gian, thời gian khôi phục tín hiệu đồng bộ (clock recovery), công suất quang. Việc thực hiện thêm phép đo này ngoài đo lỗi bit và đo độ trễ sẽ tiết kiệm thời gian khôi phục sự cố truyễn dần C.37.94 .
VT Techlogy cung cấp đầy đủ thiết bị và vật tư phục vụ thử nghiệm bảo vệ xa sử dung C37.94. Thiết bị đo cầm tay đo kiểm mạng và dịch vụ Gigabit Ethernet (GbE), Synchronous Ethernet (SyncE), E1, Datacom, Precision Time Protocol (PTP, IEEE 1588v2), Jitter/Wander, Trễ một chiều dùng đồng hồ đồng bộ thời gian GPS, trễ trọn vòng và công suất quang.
Các kỹ sư có thể dùng thiết bị để triển khai ngoài hiện trường với mạng C37.94 mới hoặc bảo dưỡng mạng cũ, khắc phục sự cố tại rơ le bảo vệ xa hoặc thiết bị ghép kênh. Với các hệ thống mới dùng kết hợp Ethernet, thiết bị đảm bảo chất lượng Ethernet sẽ đo liên tục duy trì và tối ưu đường truyền dẫn.
Một số thiết bị truyền cắt xa đã được sử dụng
Thiết bị truyền cắt xa F85 GARD 8000
F85 Siemens kiểu SWT3000