Top switch điện lực chuẩn IEC 61850 khuyên dùng cho trạm điện

Top switch điện lực chuẩn IEC 61850 khuyên dùng cho trạm điện - Switch Westermo

Switch điện lực chuẩn IEC 61850-3?

Trong hệ thống điện, đặc biệt là trạm biến áp số (digital substation) và mạng SCADA/IED, switch công nghiệp không chỉ làm nhiệm vụ “chia cổng mạng”. Nó là xương sống truyền thông, quyết định độ ổn định của luồng dữ liệu vận hành – từ GOOSE/SMV, giám sát, điều khiển, cho tới các kênh quản trị và an ninh mạng.

Khác với switch công nghiệp “thường”, switch điện lực phải chịu được môi trường nhiễu điện từ cực cao, xung sét lan truyền, rung sốc, nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời hỗ trợ dự phòng (redundancy) và các cơ chế đảm bảo độ trễ/ưu tiên cho dữ liệu thời gian thực. Vì vậy, các tiêu chuẩn như IEC 61850-3 và IEEE 1613 gần như là “tấm vé vào cửa” cho ứng dụng trong trạm điện. Westermo cũng nhấn mạnh nhóm switch IEC 61850-3 được thiết kế/kiểm tra để chịu các dạng EMC liên tục và xung quá độ đặc trưng của môi trường trạm điện.

Trong bài này, icomteck.vn gợi ý list switch điện lực từ Westermo, kèm gợi ý chọn theo từng cấp mạng và theo bài toán kỹ thuật.

Switch điện lực là thiết bị quan trọng trong chuỗi bảo vệ – điều khiển – giám sát của trạm điện

Vì sao điện lực cần switch “chuẩn trạm điện”?

Trong hệ thống điện, đặc biệt là trạm biến áp và trạm biến áp số (digital substation), switch mạng không còn là thiết bị IT hay thậm chí “industrial Ethernet” thông thường. Nó là thiết bị hạ tầng OT lõi, trực tiếp tham gia vào chuỗi bảo vệ – điều khiển – giám sát của trạm. Khi mạng Ethernet trở thành xương sống truyền thông cho IED, relay bảo vệ, SCADA và process bus, mọi giới hạn về độ bền điện từ, độ trễ hay khả năng dự phòng đều có thể biến thành rủi ro vận hành thực sự. Chính vì vậy, điện lực bắt buộc phải sử dụng switch đạt “chuẩn trạm điện”, trong đó hai trụ cột kỹ thuật quan trọng nhất là IEC 61850-3, IEEE 1613 và kiến trúc dự phòng mạng không gián đoạn.

Trạm điện là một trong những môi trường khắc nghiệt nhất đối với thiết bị truyền thông. Điện áp cao, dòng ngắn mạch lớn, quá trình đóng cắt máy cắt và dao cách ly liên tục sinh ra nhiễu điện từ mạnh (EMI), xung quá áp, sét lan truyền và các hiện tượng EFT/ESD ở mức rất cao. Cùng với đó là nhiệt độ ngoài trời, độ ẩm, rung động và bụi bẩn trong suốt vòng đời hàng chục năm của trạm. Một switch công nghiệp thông thường – dù đạt các chuẩn EMC phổ biến – vẫn không được thiết kế để chịu đựng liên tục những điều kiện này. Vì vậy, ngành điện phải áp dụng các chuẩn riêng cho môi trường trạm điện, trong đó IEC 61850-3 và IEEE 1613 đóng vai trò then chốt.

IEC 61850-3 là phần tiêu chuẩn quy định điều kiện môi trường và khả năng chịu EMC cho các thiết bị truyền thông trong hệ thống tự động hóa trạm điện. Chuẩn này đặt ra mức yêu cầu cao hơn nhiều so với công nghiệp thông thường: thiết bị phải hoạt động ổn định dưới nhiễu điện từ mạnh, chịu được surge, burst, ESD ở cấp trạm, không bị reset hoặc treo khi có xung điện, đồng thời đáp ứng các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và rung sốc đặc trưng của trạm ngoài trời. Với switch Ethernet, việc đạt IEC 61850-3 đồng nghĩa với khả năng duy trì truyền thông liên tục và xác định ngay cả khi trạm đang chịu các hiện tượng điện từ cực đoan.
Song song với đó, IEEE 1613 tập trung đánh giá khả năng “sống sót” của thiết bị mạng trong môi trường nhiễu, phân loại theo các mức khắc nghiệt (Class 1, Class 2), và yêu cầu thiết bị không được mất chức năng truyền thông khi chịu nhiễu điện từ liên tục hoặc xung quá độ. Nói cách khác, IEC 61850-3 xác định “sân chơi” môi trường của trạm điện, còn IEEE 1613 kiểm chứng rằng switch mạng thực sự đủ sức vận hành trong sân chơi đó. Một switch điện lực đúng nghĩa thường phải đạt đồng thời cả hai chuẩn, thay vì chỉ một trong hai.

Yêu cầu này càng trở nên nghiêm ngặt hơn khi trạm điện chuyển sang mô hình trạm số theo IEC 61850. Nếu như trước đây mạng Ethernet chủ yếu phục vụ SCADA – với chu kỳ truyền thông tính bằng giây thì trong trạm số, Ethernet còn gánh các luồng dữ liệu thời gian thực cực nhạy như GOOSE và SMV (Sampled Measured Values). GOOSE mang các thông tin bảo vệ và liên động, truyền theo cơ chế multicast với độ trễ tính bằng mili-giây; chỉ một jitter bất thường hay mất gói cũng có thể ảnh hưởng đến logic bảo vệ. SMV lại là luồng dữ liệu dòng và điện áp được số hóa liên tục từ process bus, có băng thông lớn và yêu cầu tính xác định rất cao. Điều này đòi hỏi switch trạm điện không chỉ chịu được EMC, mà còn phải xử lý multicast, ưu tiên QoS và độ trễ xác định một cách ổn định trong thời gian dài. Đây là lý do các dòng switch điện lực được định vị rõ ràng đạt IEC 61850-3 & IEEE 1613, đồng thời hỗ trợ trực tiếp các gói tin như GOOSE và SMV để tích hợp liền mạch với IED và SCADA trong trạm số.

Bên cạnh độ bền và khả năng xử lý thời gian thực, dự phòng mạng là yêu cầu không thể thiếu trong điện lực. Trong trạm điện, downtime gần như không được phép tồn tại: mất kết nối vài giây có thể làm gián đoạn giám sát, mất gói GOOSE có thể ảnh hưởng đến bảo vệ, và một sự cố mạng lan truyền có thể khiến toàn bộ trạm rơi vào trạng thái “mù thông tin”. Vì vậy, kiến trúc mạng trạm điện luôn được thiết kế theo nguyên tắc “mất một thành phần vẫn tiếp tục vận hành”.

Switch chuẩn trạm điện phải hỗ trợ cả dự phòng vật lý và dự phòng logic: nhiều uplink, nguồn kép, cơ chế ring, khả năng tự phục hồi nhanh và ưu tiên các luồng dữ liệu quan trọng. Mục tiêu không chỉ là “có đường dự phòng”, mà là đảm bảo dữ liệu bảo vệ và điều khiển vẫn đến đúng nơi, đúng thời điểm, ngay cả khi một cáp quang bị đứt hoặc một switch trung gian gặp sự cố.

Ở các trạm số có yêu cầu độ tin cậy cao nhất, điện lực còn áp dụng các cơ chế PRP (Parallel Redundancy Protocol) và HSR (High-availability Seamless Redundancy). Đây là các mô hình dự phòng zero recovery time, trong đó dữ liệu được truyền song song trên hai mạng độc lập (PRP) hoặc chạy hai chiều trong mạng vòng (HSR). Khi một đường truyền gặp lỗi, dữ liệu đã sẵn có trên đường còn lại, không cần thời gian hội tụ, không phát sinh gián đoạn. Trong các kiến trúc này, switch trạm điện đóng vai trò trung tâm: nếu thiết bị không đủ khả năng chịu nhiễu, bị reset khi có surge hay không xử lý ổn định multicast GOOSE/SMV, toàn bộ ưu điểm của PRP/HSR sẽ bị triệt tiêu.

TOP SWITCH ĐIỆN LỰC WESTERMO (khuyến nghị cho trạm điện IEC 61850-3)

Westermo có dải sản phẩm IEC 61850-3 Substation Ethernet Switches để đáp ứng nhu cầu trạm số và yêu cầu độ tin cậy cực cao. Dưới đây là 3 “ngôi sao” hay dùng theo từng cấp mạng.

Westermo RedFox-5728 (Substation automation 19” rack) – “xương sống” core/aggregation trạm

Nếu bạn cần một switch rackmount cho trạm, nhiều uplink quang và được thiết kế đúng cho điện lực, dòng RedFox-5728 là lựa chọn rất mạnh.

Ví dụ model RedFox-5728-F24G-T4G-LVLV:

28 cổng Gigabit, có thể lên tới 24 SFP fiber (rất hợp backbone quang trong trạm)
Nguồn single/dual power supply
Có khả năng chịu gián đoạn điện áp tới 50 ms
Đạt IEC 61850-3 & IEEE 1613 Class 2

=> Phù hợp cho phòng điều khiển trạm, tủ rack truyền dẫn, nơi cần nhiều quang, độ bền, chứng nhận trạm điện.

RedFox-5728-F24G-T4G-LVLV

✓ High performance and configurable

• 28 Gigabit ports with up to 24 SFP fibre ports
• Powerful CPU and switchcore
• Advanced WeOS functionality

✓ Designed for demanding energy applications

• Single or dual power supply
• Withstand voltage interruptions up to 50 ms
• IEC 61850-3 and IEEE 1613 Class 2 approval

✓ Robust and reliable for long service life

• MTBF up to 710.000 hours (Telcordia)
• -40 to +70 °C without ventilation holes
• Ultra-robust IP40 19" rack mount housing

✓ Unique future proof industrial networking solutions

• Transparent to PRP, GOOSE, SV and MMS
• Advanced Cyber Security feature set
• IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP)

Westermo Lynx series (DIN-rail, compact) – “access switch” cho IED/RTU

Lynx là dòng switch công nghiệp dạng DIN rail, rất gọn, tiêu thụ điện thấp, dùng hệ điều hành WeOS để đơn giản cấu hình/bảo trì và tăng khả năng quản trị/ATTT.

=> Phù hợp cho tầng access kết nối IED/RTU, máy tính công nghiệp trong tủ ngăn lộ, tủ điều khiển tại hiện trường.

✔ Ideal for substations and their communication networks

• IEC 61850-3 Substation Automation Switch, Layer 2
• 8 x RJ-45, 10/100/1000 Mbit/s
• 4 x 100/1000 Mbit/s, SFP transceivers supported, Ethernet FX (LC)

• Supporting various substation topologies
• Dedicated IEEE 1588v2 PTP hardware
• Multiple network resilience solutions

✔ Uncompromising performance at class-leading compactness

• Markets most compact high-performance IEC 61850-3 switch
• Bandwidth for today and the futures networks expansions
• An evolving platform providing maximum service life
• Featuring 5th generation WeOS including an array of cybersecurity features

✔ Proven robustness and reliability

• Designed for demanding mission critical applications
• High EMI immunity with comprehensive approvals
• Diminishing risk for downtime and maintenance-free operation for years

Westermo Lynx-RB (RedBox PRP/HSR) – “chìa khóa” cho trạm số zero recovery

Trong các kiến trúc trạm điện số, PRP/HSR thường được dùng để đảm bảo không có thời gian hồi phục (zero recovery time). Westermo có Lynx-RB-FT3G-MV là RedBox hỗ trợ HSR và PRP, định vị rõ cho mạng mission-critical yêu cầu “không gián đoạn” như trạm biến áp.

Lynx-RB-FT3G-MV

✔ Ideal for substations and their communication networks

• HSR/PRP seamless redundancy
• Supporting various substation topologies
• IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP)
• 3 x 1G combo fibre or copper ports for flexibility
• 1 x digital alarm output

✔ Proven robustness and reliability

• Redundant wide input power supply
• Withstand voltage interruptions up to 50 ms
• IEC 61850-3 and IEEE 1613 approval
• -40 to +70°C without ventilation holes

Top switch điện lực chuẩn IEC 61850 khuyên dùng cho trạm điện - Switch Westermo

Bài liên quan