Зачем автоматизировать подстанцию? Что вы получаете?
Автоматизация подстанции включает в себя развертывание рабочих функций и приложений подстанции и фидера - от SCADA и обработки аварийных сигналов до интегрированного управления напряжением - в целях оптимизации управления капитальными активами и повышения эффективности эксплуатации и технического обслуживания при минимальном вмешательстве человека.
Оптимизация активов и снижение эксплуатационных расходов в долгосрочной перспективе - дополнительные преимущества автоматизации подстанции.
SCADA будет иметь основные функции, такие как мониторинг и управление, генерация отчетов и хранение исторических данных, а также несколько функций для специального применения в схеме автоматизации подстанции.
1. Интегрированные функции защиты: традиционный подход и подход на основе IED
В традиционном подходе реле имели проводные входы от измерительных трансформаторов, а от реле передавались сигналы отключения на автоматические выключатели, как показано на рисунке 1.
В современном подходе, основанном на IED, информация от измерительных трансформаторов будет поступать в релейные IED через LAN, реле обмениваются информацией через LAN, и когда технологическая шина будет реализована, автоматические выключатели получат сигналы отключения через общее объектно-ориентированное событие подстанции (GOOSE) перемещающееся по технологической шине, как показано на рис. 1b.
В случае отказа выключателя, в традиционной схеме проводки защиты, проводка будет передавать сигнал отключения на резервную схему защиты, как показано на рисунке 2а.
С другой стороны, в современной схеме защиты резервная защита инициируется через локальную сеть, как показано на рисунке 2b, что значительно сокращает проводку и также использует альтернативные пути .
Могут быть реализованы защитные функции, такие как схемы автоматического повторного включения и дифференциальные схемы шины, а также может эффективно устраняться неисправность выключателя.
Преимущество заключается в том, что можно избежать отдельных защитных реле и, таким образом, добиться повышения производительности и надежности .
2. Функции автоматизации
Прикладные функции автоматизации подстанции включают интеллектуальное аварийное переключение шины, автоматическое восстановление нагрузки, адаптивную ретрансляцию и мониторинг состояния оборудования, которые объясняются в следующих разделах.
2.1 Интеллектуальное аварийное переключение шины и автоматическое восстановление нагрузки
Эта схема обычно используется на распределительной подстанции, где есть два трансформатора и нормально разомкнутый шинный выключатель .
Когда трансформатор на подстанции выходит из строя,простая схема аварийного переключения шины передает нагрузку на исправный трансформатор на подстанции, что может перегрузить исправный трансформатор и привести к другому отказу.
Фирменная мощность подстанции ограничена нагрузкой (перегрузкой), которую может нести исправный трансформатор. Однако в интеллектуальной схеме аварийного переключения шины система автоматизации подстанции гарантирует, что исправный трансформатор не будет перегружен .
Это может быть сделано путем временного сбрасывания нагрузки с одного или нескольких исходящих фидеров. Эти фидеры можно снабдить от соседней подстанции путем замыкания переключателя связи, и сбои в нагрузке могут быть сведены к минимуму.
Преимущество этой схемы - это прежде всего повышение надежности, поскольку передача нагрузки выполняется максимально быстро. Продолжительность простоя может быть уменьшена с 30 до 1 минуты. Схема также позволяет лучше использовать оборудование.
«Интеллектуальная» передача нагрузки позволит увеличить нагрузку в нормальных условиях, так как постоянная мощность подстанции ограничена величиной нагрузки, которая может быть перенесена после одного непредвиденного обстоятельства, например, из-за отказа трансформатора.
На рисунке 3 показана неисправность трансформатора В. Автоматические выключатели 1 и 2 отключат и изолируют трансформатор В, а автоматический выключатель 3 будет закрыт для передачи нагрузки на трансформатор А, который будет перегружен и, возможно, придется сбросить нагрузку, открыв автоматический выключатель 4.
Однако нагрузка может быть перенесена впоследствии путем подключения линии к соседней подстанции автоматически путем замыкания выключателя 5.
2.2 Секционирование линии подачи
Задачи этой схемы заключаются в выявлении неисправного участка питающей линии, изоляции неисправного участка и восстановлении подачи электроэнергии на подстанции.
Преимущество заключается в том, что повышается надежность, так как обслуживание подстанций, которые находятся без электричества, может быть восстановлено в кратчайшие сроки. Длительность простоя сокращается с 30 до 1 или 2 мин.
2.3 Адаптивная релейная защита
Это очень важно. Адаптивное реле - это процесс автоматического изменения настроек защитных реле IED в зависимости от состояния системы.
Специальная функция защиты системы автоматизации подстанции может сыграть свою роль, изменив настройки некоторых реле IED.
Например, в случае отключения критического генератора, линия может быть сильно загружена из-за отвода мощности от других источников. При нормальных обстоятельствах это приведет к отключению этой линии, что может привести к чрезвычайной ситуации. Оператор в центре управления обнаружит отключение и может сообщить соответствующей системе о событии.
2.4 Мониторинг состояния оборудования (ECM)
Многие энергокомпании используют ECM (Equipment condition monitoring) для поддержания электрооборудования в наилучшем рабочем состоянии при минимальном количестве перебоев.
Благодаря ECM рабочие параметры оборудования автоматически отслеживаются для обнаружения возникновения различных аномальных условий эксплуатации с использованием специализированных датчиков и диагностических инструментов. Это позволяет оперативному персоналу подстанции своевременно принимать меры для повышения надежности и продления срока службы оборудования.
Этот подход чаще всего применяется к трансформаторам подстанций и высоковольтным автоматическим выключателям, для минимизации затрат на техническое обслуживание этих устройств, устраняя временные рутинные испытания и тем самым экономя значительные трудозатраты и материальные затраты.
Количество катастрофических отказов сокращается за счет снижения стоимости ремонта и избежания вынужденных отключений. Динамический рейтинг оборудования является возможным, с помощью которого можно выжать больше мощности из существующего оборудования, тем самым улучшая его доступность.
Приборы контроля ECM включают в себя:
- Контроль количества растворенного газа в нефтяных образцах
- Датчики влажности
- Мониторинг частиц
- Анализаторы качества воды
- Мониторинг аккумуляторов
- Мониторинг обрыва цепи (GIS и OCB)
- Экспертные аналитические системы
ECM является дополнительным преимуществом автоматизации подстанции.
3. Прикладные функции корпоративного уровня
После того, как подстанция автоматизирована, существует множество прикладных функций, которые могут быть реализованы на уровне предприятия. Последний уровень указывает на реализацию утилиты, связанной с обслуживающим предприятием, в таблице ниже.
Во-первых, это оборудование системы питания, такое как трансформаторы, автоматические выключатели, интеллектуальные измерительные трансформаторы и датчики. Первый уровень - реализация IED, в которой на подстанции устанавливаются различные IED.
Второй уровень - интеграция IED, использующая двустороннюю связь IED. Устройства IED разных производителей и с различными функциями должны быть интегрированы в единую систему защиты, контроля и управления, которая также выполняет ряд других функций, таких как регистрация и измерение сигнала.
И, наконец, есть предприятие коммунального обслуживания, в котором можно осуществлять интеграцию различных центров управления и запускать общий доступ к данным и приложениям.
3.1 Анализ помех
Анализ помех является дополнительным преимуществом при внедрении IED, поскольку они обладают возможностями для регистрации сигнала неисправности, а также возможностью временной маркировки измеренных эксплуатационных данных.
Эти значения можно использовать для воссоздания последовательности помех, поскольку отметка времени до уровня в миллисекундах или менее поможет оператору и другому персоналу обслуживающего предприятия оценить ситуацию и предпринять корректирующие действия для следующего сбоя.
Например, в случае изолированного участка энергосистемы, ошибки, отключение линии, перегрузка и недогрузка и отключение генераторов могут происходить в быстрой последовательности. После окончания работ персонал коммунальных служб должен оценить ситуацию и определить правильную последовательность событий.
Визуализация и пользовательский интерфейс могут быть реализованы как клиентское приложение, визуализирующее приложение или пользовательский интерфейс на клиентских компьютерах (рисунок 6).
3.2 Интеллектуальная обработка сигналов тревоги
Интеллектуальная обработка сигналов тревоги имеет первостепенное значение в пункте управления, чтобы помочь оператору не запутаться в сигналах тревоги, вызванных каким-либо событием.
3.3 Контроль качества электроэнергии
Качество электроэнергии является важным фактором в сегодняшнем сценарии работы энергосистемы. Качество ухудшается из-за появления новых силовых электронных устройств, которые заполоняют систему гармониками и колебаниями.
3.4 Мониторинг оборудования в режиме реального времени
Мониторинг оборудования в режиме реального времени является ответвлением от мониторинга состояния оборудования, обсуждавшегося ранее. Традиционно оборудование энергосистемы загружается до номинальной мощности в нормальных условиях, тогда как, если оборудование контролируется, нагрузка может основываться на реальных условиях, а не на консервативных предположениях.
Например, трансформатор, обнаруженный с «горячей точкой», всегда будет нагружен до гораздо более низкого значения из-за опасности аварийной ситуации. Однако в условиях контроля состояния трансформатор может быть загружен до более высокого значения, контролируя реальную температуру обмотки.
Таким образом, коммунальная компания может выжать больше мощности из существующего оборудования и направить инвестиции в новое оборудование.
