Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU trong trạm biến áp

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU trong trạm biến áp

Trong xu hướng chuyển đổi số ngành năng lượng, việc áp dụng thiết bị RTU (Remote Terminal Unit) trong trạm biến áp đóng vai trò đặc biệt quan trọng. RTU giúp thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các thiết bị điện trung thế từ xa, từ đó hình thành nên hệ thống trạm không người trực với hiệu quả vận hành cao và chi phí tối ưu. Bài viết dưới đây sẽ trình bày chi tiết về Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của RTU trong trạm biến áp, giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị này và ứng dụng thực tế trong hệ thống điện trung thế hiện đại.

Cấu tạo phần cứng RTU chuyên dụng cho ngành điện

RTU được thiết kế chuyên biệt để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của hệ thống tự động hóa trạm biến áp, nơi môi trường hoạt động thường khắc nghiệt, nhiều nhiễu điện từ và cần độ tin cậy cao.

Bộ vi xử lý, bộ nhớ, nguồn

Thành phần cốt lõi của RTU bao gồm:

Bộ vi xử lý (CPU): Đóng vai trò như “bộ não” trung tâm, điều phối toàn bộ hoạt động của RTU. Các bộ xử lý trong RTU ngành điện thường sử dụng vi điều khiển công nghiệp chuẩn ARM hoặc x86, hỗ trợ xử lý thời gian thực, đảm bảo tốc độ phản hồi nhanh và độ chính xác cao.

Bộ nhớ (RAM/Flash): Dùng để lưu trữ phần mềm điều khiển, dữ liệu cấu hình, lịch sử sự kiện và nhật ký vận hành. Dung lượng bộ nhớ lớn cho phép RTU lưu giữ dữ liệu cục bộ trong nhiều giờ đến vài ngày khi hệ thống SCADA mất kết nối tạm thời, giúp đảm bảo an toàn dữ liệu.

Nguồn cấp: RTU có thể hoạt động trong dải điện áp rộng, phổ biến là DC 24V, 48V, một số loại còn hỗ trợ điện áp AC hoặc nguồn dự phòng kép (redundant power supply) để duy trì hoạt động liên tục ngay cả khi có sự cố nguồn.

Thiết kế phần cứng của RTU còn bao gồm các cơ chế bảo vệ chống sét lan truyền, cách ly tín hiệu và chống nhiễu EMC để đảm bảo an toàn trong môi trường điện cao thế.

Module I/O cho tín hiệu điện

RTU sử dụng nhiều module I/O chuyên dụng để giao tiếp với thiết bị hiện trường:

Digital Input (DI): Thu nhận trạng thái đóng/cắt của máy cắt, cảnh báo từ rơ le, trạng thái báo lỗi của thiết bị trung thế, thường được kết nối thông qua tiếp điểm khô (dry contact).

Digital Output (DO): Gửi tín hiệu điều khiển như đóng/cắt máy cắt, khởi động máy phát, điều khiển các thiết bị đầu cuối từ xa.

Analog Input (AI): Nhận tín hiệu điện áp hoặc dòng điện dạng analog từ cảm biến hoặc thiết bị đo, phục vụ giám sát thông số vận hành như dòng tải, điện áp pha, nhiệt độ MBA, độ ẩm…

Communication Module: Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như Modbus RTU/TCP, DNP3.0, IEC 60870-5-101/104, giúp RTU có thể giao tiếp linh hoạt với các thiết bị thông minh như Recloser, tủ RMU, rơ le bảo vệ số và các hệ thống điều khiển tập trung SCADA.

Nguyên lý hoạt động trong giám sát và điều khiển

RTU hoạt động như một điểm nút thông minh trong trạm điện, thu thập và xử lý thông tin từ hiện trường để phục vụ các thao tác điều khiển từ xa và phản ứng kịp thời với sự cố.

Thu thập tín hiệu từ thiết bị điện (rơ le, CB, cảm biến)

Tất cả các tín hiệu trạng thái và đo lường tại hiện trường sẽ được RTU tiếp nhận thông qua các module I/O đã tích hợp sẵn. Ví dụ:

Từ rơ le bảo vệ: RTU tiếp nhận tín hiệu cảnh báo, trạng thái đóng/mở tiếp điểm báo sự cố (Overcurrent, Earth Fault…).

Từ máy cắt (CB): RTU đọc trạng thái đóng/cắt, theo dõi tình trạng vận hành như thời gian thao tác, số lần đóng cắt.

Từ cảm biến đo dòng, áp, nhiệt độ: Các tín hiệu analog này giúp RTU đánh giá toàn diện tình trạng vận hành của trạm, phát hiện bất thường để đưa ra cảnh báo sớm.

RTU có thể ghi nhận hàng trăm tín hiệu đầu vào, tổ chức và lưu trữ dữ liệu có cấu trúc để phục vụ phân tích và điều khiển.

Gửi dữ liệu về trung tâm SCADA

Dữ liệu thu thập từ hiện trường sẽ được RTU đóng gói và truyền về trung tâm điều hành thông qua các cổng truyền thông. Giao tiếp thường được thực hiện qua mạng LAN, cáp quang, modem 3G/4G công nghiệp, và sử dụng các chuẩn truyền thông SCADA như:

IEC 60870-5-104: Phổ biến trong các hệ thống giám sát điện lực tại Việt Nam và quốc tế, truyền dữ liệu thời gian thực qua IP.

DNP3.0: Được sử dụng nhiều trong giám sát hệ thống phân phối điện tại các công ty điện lực.

Modbus TCP/RTU: Dễ triển khai, phù hợp với các hệ thống nhỏ hoặc thiết bị không hỗ trợ giao thức cao cấp.

Tại trung tâm, dữ liệu được SCADA phân tích, hiển thị dưới dạng đồ họa, bảng số liệu hoặc cảnh báo, giúp kỹ sư theo dõi sát sao và đưa ra lệnh điều khiển ngay khi cần thiết.

Mô hình kết nối RTU với thiết bị và SCADA

Một sơ đồ kết nối tiêu chuẩn trong trạm biến áp trung thế có thể mô tả như sau:

Thiết bị điện trung thế (Recloser, tủ RMU, rơ le số, cảm biến) → RTU → Hệ thống SCADA

Từ thiết bị hiện trường đến RTU: Các kết nối vật lý qua cáp tín hiệu hoặc cổng truyền thông RS485, RS232, Ethernet. RTU đóng vai trò thu thập và chuyển đổi dữ liệu phù hợp cho truyền đi.

Từ RTU đến SCADA: Sử dụng mạng cục bộ (LAN) hoặc mạng diện rộng (WAN) với router công nghiệp để truyền tải dữ liệu liên tục, tin cậy. RTU được cấu hình để đảm bảo độ trễ thấp, độ chính xác cao, và truyền dữ liệu theo thời gian thực.

Tích hợp với thiết bị thông minh: RTU có thể tích hợp và giao tiếp trực tiếp với các thiết bị như:

Recloser Schneider U27 – thiết bị đóng cắt tự động ngoài trời, hỗ trợ giám sát từ xa.

Tủ RMU Siemens 8DJH – tủ phân phối trung thế cách điện khí SF6, có thể tích hợp điều khiển từ xa thông qua RTU.

Tủ RMU ABB SafeRing – tương thích với các module RTU hiện đại để phục vụ mô hình trạm không người trực.

Nếu bạn đang tìm kiếm Lưới điện thông minh – SCADA chất lượng cao, liên hệ cho chúng tôi qua thông tin bên dưới: