Praktisk guide til smart understasjonsautomatisering i elektrisk energidistribusjon

Understasjonautomasjonssystemet (SAS), som navnet impliserer, skiller seg ut ved sin evne til å erstatte manuelle operatøroppgaver med automatiserte funksjoner. Automatiserte operasjoner spiller en viktig rolle for å sikre sikker og pålitelig drift av elektrisk strømsoverføring og distribusjon. Dets funksjoner inkluderer, men er ikke begrenset til, overvåking, datainnsamling, beskyttelse, kontroll og fjernkommunikasjon.

Tidligere ble kun Fjerne terminalenheter (RTUs) brukt som mellomled mellom elektriske strømsvekkere på prosessnivå i understasjoner og nettverksadministrasjonssystemet for selskaper for langdistanseovervåking (se figur 1 nedenfor).

Disse enhetene er utstyrt med flere innganger og utganger, og fungerer som kommunikasjonsgrensesnitt til fjerne nettverkskontrollsentre. Fjerne terminalenheter (RTUs) og Nettverkskontrollsentret (NCC) sammen utgjør Overvåkingskontroll- og datahvelvingssystemet (SCADA), som vist i figur 1.

Det finnes flere merkverdige spesifikke funksjoner i understasjonautomasjonssystemet:

• Kontroll av spenningstransformering (Last Tap Changer Control)

• Utstyrbeskyttelse for busser, linjer, forsyningslinjer, transformatorer, generatører og annet utstyr.

• Implementering av automatiserte låsninger og svekkerbyttemekanismer.

• Overføring av overvåkningsdata til kontrollsentret.

• Løsing av strømsystemfeil enten lokalt eller eksternt.

• Opprettelse av kommunikasjon med andre understasjoner (intra-understasjon) og regionale kontrollsentre.

For eksempel koordineres mange funksjoner i Understasjonautomasjonssystemet (SAS) for å automatisk gjenopprette etter utstyrsmalinger eller kortslutningsfeil. Disse funksjonene involverer flere enheter, med deres ansvarsfordeling mellom primært utstyr (som brytere, transformatorer, måltransformatorer osv.) og sekundært utstyr (som beskyttelsesreler, sammenslåingsenheter, intelligente elektroniske enheter).

Figur 1 - Understasjonautomasjonssystemet: Arkitektur for klassiske SCADA-systemer

Dermed blir kablings- og kobleforbindelsene mellom disse enhetene og utstyret komplekse, noe som krever betydelig innsats og lang tid for vedlikehold, reparasjon, utvidelse eller modifisering. Forsøk har blitt gjort for å redusere mengden kabler og ledninger ved å implementere serielle kommunikasjonsnettverk på ulike nivåer i understasjonshierarkiet. Disse initiativene har ført til proprietære løsninger utviklet av understasjonsutstyrleverandører.

Store selskaper, inkludert ideelle grupper som Utility Communication Architecture (UCA), som består av understasjonsutstyrleverandører og forbrukere, jobber aktivt med å forbedre kommunikasjon i understasjoner. De gjør dette ved å delta i utviklingen av internasjonale standarder for å forbedre funksjonell kompatibilitet og foreslå arkitekturer som gir høyere nettverksbåndbredde. Målet er å forbedre påliteligheten i kommunikasjon både innenfor understasjoner og mellom forskjellige understasjoner.

Hierarkisk arkitektur for understasjonautomasjon i SAS er kategorisert basert på teknologiske implementeringer. Understasjonautomasjonssystemet består av tre nivåer: stasjonnivå, bay-nivå og prosessnivå (som vist i figur 2). Disse nivåene kan benyttes for å oppnå diverse funksjonalitet. Med hensyn til tekniske spesifikasjoner, vil dimensjonene på et understasjonautomasjonssystem (SAS) i ekstra høyspenningsoverføringsunderstasjoner være større sammenlignet med de i høyspenningsdistribusjonsunderstasjoner.

I moderne understasjoner er bay-nivå en vanlig funksjon, selv om konseptet om bay-nivå ikke var anerkjent i den tidlige fasen av SAS.

Typisk måler sensorer ekstremt store strøm- og spenningsmengder. Strøm- og spennings-transformatorer (CTs/VTs) brukes for å konvertere store mengder strøm og spenning til standardverdier, som deretter sendes inn i reléinnganger. Skalerte verdier tilsvarer vanligvis 5A (1A i Europa) for strøm og 120 Volt for spenning. I essensen implementerer beskyttelsesreléer eller moderne intelligente elektroniske enheter beskyttelseslogikken.

Figur 2 - Strukturen av et Understasjonautomasjonssystem som viser stasjon, bay og prosessnivå

Disse enhetene oppdager og måler elektriske strøm- og spenningsnivåer for å beregne visse verdier som overvåkes av beskyttelseslogikken, som for eksempel elektrisk strøm på de to forskjellige sidene av en Ekstra Høy Spenning (EHS)/Høy Spenning (HS) transformator. Når en parameter overstiger en angitt verdi (pickup setting), vil beskyttelseslogikken handle ifølge en forhåndsdefinert sekvens av trinn eller et programmerbar kontrollalgoritme. Vanligvis sendes det en trip-signal til den tilsvarende bryteren for å isolere en linje eller bus når det oppstår et problem.