Praktyczny przewodnik do inteligentnej automatyzacji podstacji w rozdziale energii elektrycznej

System automatyzacji stacji (SAS), jak sama nazwa wskazuje, wyróżnia się swoją zdolnością do zastępowania ręcznych zadań operatora funkcjami zautomatyzowanymi. Zautomatyzowane operacje odgrywają kluczową rolę w zapewnianiu bezpiecznej i niezawodnej pracy przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej. Funkcje te obejmują, ale nie ograniczają się do, monitorowania, zbierania danych, ochrony, sterowania oraz komunikacji zdalnej.

Wcześniej Jednostki Terminalowe Zdalne (RTU) były jedynie wykorzystywane jako pośrednicy między sprzętem przełącznikowym w stacjach elektroenergetycznych na poziomie procesu a systemem zarządzania siecią dla celów długodystansowego monitorowania (patrz Rysunek 1 poniżej).

Te jednostki są wyposażone w wiele wejść i wyjść, działając jako interfejsy komunikacyjne do oddalonych centrów kontroli sieci. Jednostki Terminalowe Zdalne (RTU) i Centrum Kontroli Sieci (NCC) razem tworzą System Nadzoru, Sterowania i Akwizycji Danych (SCADA), jak pokazano na Rysunku 1.

Istnieje kilka zauważalnych specyficznych funkcji systemu automatyzacji stacji:

• Kontrola transformacji napięcia (Kontrola Ładownika Zestawu Przełączników)

• Ochrona sprzętu, takiego jak magistrale, linie, pasy, transformery, generatory i inne urządzenia.

• Wdrażanie automatycznych blokad i mechanizmów przełączania sprzętu.

• Przekazywanie danych monitorujących do centrum kontroli.

• Rozwiązywanie awarii systemu energetycznego lokalnie lub zdalnie.

• Ustanawianie komunikacji z innymi stacjami (między stacjami) i regionalnymi centrami kontroli.

Na przykład, wiele funkcji w Systemie Automatyzacji Stacji (SAS) jest skoordynowanych, aby automatycznie przywracać pracę po awarii sprzętu lub uszkodzeniach krótkich obwodów. Te funkcje obejmują wiele urządzeń, z ich odpowiedzialnościami podzielonymi między sprzętem głównym (takim jak automaty, transformery, transformery pomiarowe itp.) a sprzętem wtórnym (takim jak relaje ochronne, jednostki scalające, inteligentne urządzenia elektroniczne).

Rysunek 1 - System Automatyzacji Stacji: Architektura Klasycznych Systemów SCADA

W konsekwencji, kablowanie i połączenia drutami między tymi urządzeniami i sprzętem stają się złożone, wymagając znacznych wysiłków i długiego czasu na utrzymanie, naprawy, rozszerzenie lub modyfikację operacji. Podjęto działania mające na celu zmniejszenie ilości kabli i drutów poprzez implementację sieci komunikacyjnych szeregowych na różnych poziomach hierarchii stacji. Te inicjatywy doprowadziły do opracowania proprietarnych rozwiązań przez dostawców sprzętu stacji.

Wielkie korporacje, w tym grupy non-profit, takie jak Architektura Komunikacji Energetycznej (UCA), składające się z dostawców sprzętu stacji i użytkowników usług, aktywnie pracują nad poprawą komunikacji w stacjach. Robią to uczestnicząc w opracowywaniu standardów międzynarodowych, aby zwiększyć funkcjonalną kompatybilność i proponując architektury oferujące większą przepustowość sieci. Celem jest poprawa niezawodności komunikacji zarówno wewnątrz stacji, jak i między różnymi stacjami.

Hierarchiczna architektura systemu automatyzacji stacji w SAS jest kategoryzowana na podstawie implementacji technologicznych. System automatyzacji stacji składa się z trzech poziomów: poziomu stacji, poziomu baju i poziomu procesu (jak pokazano na Rysunku 2). Te poziomy mogą być wykorzystywane do osiągnięcia różnorodnych funkcji. W zakresie specyfikacji technicznych, wymiary systemu automatyzacji stacji (SAS) w stacjach przesyłowych napięcia bardzo wysokiego będą większe w porównaniu do stacji dystrybucyjnych napięcia wysokiego.

W nowoczesnych stacjach poziom baju jest powszechną cechą, choć w początkowej fazie SAS, pojęcie poziomu baju nie było uznawane.

Typowo, czujniki mierzą bardzo duże wartości prądów i napięć. Transformery prądowe i napięciowe (CTs/VTs) są wykorzystywane do konwersji dużych wartości prądów i napięć na standaryzowane wartości, które następnie są wprowadzane do wejść relajów. Standaryzowane wartości zwykle odpowiadają 5A (1A w Europie) dla prądu i 120 Voltów dla napięcia. W istocie, logika ochronna jest realizowana przez relaje ochronne lub nowoczesne inteligentne urządzenia elektroniczne.

Rysunek 2 - Struktura Systemu Automatyzacji Stacji przedstawiająca poziomy stacji, baju i procesu

Te urządzenia wykrywają i mierzą poziomy prądów i napięć elektrycznych, aby obliczyć pewne wartości, które są monitorowane przez logikę ochronną, takie jak prąd elektryczny na dwóch różnych stronach transformatora napięcia bardzo wysokiego (EHV)/napięcia wysokiego (HV). Gdy parametr przekracza określoną wartość (ustawienie wykrywania), logika ochronna działa według uprzednio zdefiniowanej sekwencji kroków lub programowanego algorytmu sterowania. Typowo, gdy wystąpi problem, sygnał wyłączenia jest wysyłany do odpowiedniego automatu, aby izolować linię lub magistralę.