Praktická příručka pro chytrou automatizaci podstanic v distribuci elektrické energie

Systém automatizace podstanice (SAS), jak název napovídá, se vyznačuje schopností nahradit ruční operátorské úkoly automatizovanými funkcemi. Automatizované operace hrají klíčovou roli při zajišťování bezpečného a spolehlivého provozu přenosu a distribuce elektrické energie. Jeho funkce zahrnují, ale nejsou omezeny pouze na, monitorování, sběr dat, ochranu, řízení a dálkovou komunikaci.

Dříve byly pouze vzdálené terminálové jednotky (RTU) používány jako poskytovatelé služeb mezi elektrickým přepínačem na procesní úrovni v podstanicích a síťovým správcovským systémem pro potřeby dlouhodobého sledování (viz obrázek 1 níže).

Tyto jednotky jsou vybaveny mnoha vstupy a výstupy, které slouží jako komunikační rozhraní k vzdáleným síťovým řídicím centerům. Vzdálené terminálové jednotky (RTU) a Síťové Řídicí Centrum (NCC) spolu tvoří Systém Nadřazeného Řízení a Získávání Dat (SCADA), jak je znázorněno na Obrázku 1.

Existuje několik významných specifických funkcí systému automatizace podstanice:

• Řízení transformace napětí (Řízení Load Tap Changer)

• Ochrana zařízení pro sběrnice, linky, odvody, transformátory, generátory a další zařízení.

• Implementace automatizovaných interlocků a mechanismů přepínání přepínačů.

• Přenos monitorovacích dat do řídicího centra.

• Řešení poruch elektrického systému buď lokálně, nebo vzdáleně.

• Zajištění komunikace s jinými podstanicemi (mezi podstanicemi) a regionálními řídicími centry.

Například mnoho funkcí v Systému automatizace podstanice (SAS) je koordinováno tak, aby automaticky obnovovalo po selhání zařízení nebo krátkém spojení. Tyto funkce zahrnují více zařízení, s jejich odpovědnostmi rozdělenými mezi primární zařízení (např. přerušovače, transformátory, měřicí transformátory atd.) a sekundární zařízení (např. ochranné relé, fúzní jednotky, inteligentní elektronické zařízení).

Obrázek 1 - Systém automatizace podstanice: Architektura klasických SCADA systémů

V důsledku toho se stávají kabelové a drátové spojení mezi těmito zařízeními a vybavením složitými, což vyžaduje značné úsilí a dlouhou dobu pro údržbu, opravy, rozšíření nebo modifikace. Byly podnikány snahy o snížení množství kabelů a drátů implementací sériových komunikačních sítí na různých úrovních hierarchie podstanice. Tyto iniciativy vedly k vytvoření proprietárních řešení vyvinutých poskytovateli vybavení pro podstanice.

Velké korporace, včetně neziskových skupin, jako je Utility Communication Architecture (UCA), složená ze zásobovatelů vybavení pro podstanice a uživatelů energetických podniků, aktivně pracují na zlepšení komunikace v podstanicích. To dělají účastí na vývoji mezinárodních standardů pro zlepšení funkční kompatibility a navrhováním architektur, které nabízejí vyšší síťovou šířku pásma. Cílem je zlepšit spolehlivost komunikace jak uvnitř podstanic, tak mezi různými podstanicemi.

Hierarchická architektura automatizace podstanice v SAS je kategorizována na základě technologických implementací. Systém automatizace podstanice se skládá ze tří úrovní: úroveň stanice, úroveň báje a úroveň procesu (jak je znázorněno na Obrázku 2). Tyto úrovně lze využít k dosažení různých funkcí. Pokud jde o technické specifikace, rozměry systému automatizace podstanice (SAS) v podstanicích extra vysokého napětí budou větší než v podstanicích vysokého napětí.

V moderních podstanicích je úroveň báje běžnou funkcí, i když v raných dobách SAS nebylo konceptu úrovně báje vědomo.

Typicky merí senzory extrémně velké hodnoty proudů a napětí. Proudové a napěťové transformátory (CTs/VTs) jsou používány k převodu velkých množství proudu a napětí na standardizované hodnoty, které jsou pak předávány do vstupů relé. Skalované hodnoty obvykle odpovídají 5A (1A v Evropě) pro proud a 120 Voltů pro napětí. V podstatě implementují ochranná relé nebo moderní inteligentní elektronická zařízení ochrannou logiku.

Obrázek 2 - Struktura Systému automatizace podstanice zobrazující úroveň stanice, báje a procesu

Tyto zařízení detekují a měří úrovně elektrického proudu a napětí, aby vypočítaly určité hodnoty, které jsou sledovány ochrannou logikou, jako je elektrický proud na dvou různých stranách transformátoru extra vysokého napětí (EHV)/vysokého napětí (HV). Když parametr překročí určenou hodnotu (pickup setting), ochranná logika se bude chovat podle předdefinovaného pořadí kroků nebo programovaného řídicího algoritmu. Typicky, když dojde k problému, je odeslán signál na odpovídající přerušovač, aby byla izolována linka nebo sběrnice.