Практическое руководство по автоматизации умных подстанций в распределении электрической энергии
Система автоматизации подстанции (SAS), как следует из названия, отличается своей способностью заменять ручные операции операторов автоматизированными функциями. Автоматизированные операции играют ключевую роль в обеспечении безопасной и надежной работы передачи и распределения электрической энергии. Ее функции включают, но не ограничиваются, мониторингом, сбором данных, защитой, управлением и удаленной связью.
Ранее Удаленные Терминальные Устройства (RTU) использовались исключительно в качестве посредников между электрооборудованием на уровне процесса на подстанциях и сетевой системой управления энергокомпаний для целей дальнего наблюдения (см. Рисунок 1 ниже).
Эти устройства оснащены множеством входов и выходов, служащих коммуникационными интерфейсами для удаленных центров управления сетью. Удаленные Терминальные Устройства (RTU) и Центр Управления Сетью (NCC) вместе составляют Систему Телемеханики и Телеконтроля (SCADA), как показано на Рисунке 1.
У системы автоматизации подстанции есть несколько значимых специфических функций:
Например, многие функции в Системе Автоматизации Подстанции (SAS) координируются для автоматического восстановления после сбоев оборудования или коротких замыканий. Эти функции включают множество устройств, с их обязанностями, распределенными между основным оборудованием (например, выключатели, трансформаторы, измерительные трансформаторы и т.д.) и вторичным оборудованием (например, защитные реле, объединяющие устройства, интеллектуальные электронные устройства).
Рисунок 1 - Система автоматизации подстанции: архитектура классических систем SCADA
В результате, кабельные и проводные соединения между этими устройствами и оборудованием становятся сложными, требуя значительных усилий и времени для обслуживания, ремонта, расширения или модификации. Были предприняты попытки снизить количество кабелей и проводов, внедряя последовательные сети связи на различных уровнях иерархии подстанции. Эти инициативы привели к созданию проприетарных решений, разработанных поставщиками оборудования для подстанций.
Основные корпорации, включая некоммерческие организации, такие как Архитектура Коммуникаций Энергетики (UCA), состоящая из поставщиков оборудования для подстанций и пользователей энергетических компаний, активно работают над улучшением коммуникаций на подстанциях. Они делают это, участвуя в разработке международных стандартов для повышения функциональной совместимости и предлагая архитектуры, обеспечивающие более высокую полосу пропускания сети. Цель состоит в том, чтобы улучшить надежность связи как внутри подстанций, так и между различными подстанциями.
Иерархическая архитектура системы автоматизации подстанции в SAS классифицируется на основе технологических реализаций. Система автоматизации подстанции включает три уровня: уровень станции, уровень ячейки и уровень процесса (как показано на Рисунке 2). Эти уровни могут быть использованы для достижения различных функций. В техническом плане, размеры системы автоматизации подстанции (SAS) на подстанциях сверхвысокого напряжения будут больше, чем на подстанциях высокого напряжения.
В современных подстанциях уровень ячейки является общим элементом, хотя в ранние дни SAS концепция уровня ячейки не была признана.
Обычно датчики измеряют очень большие значения тока и напряжения. Трансформаторы тока и напряжения (ТТ и ТН) используются для преобразования значительных величин тока и напряжения в стандартизированные значения, которые затем подаются на входы реле. Масштабированные значения обычно соответствуют 5А (1А в Европе) для тока и 120 Вольт для напряжения. По сути, защитные реле или современные интеллектуальные электронные устройства реализуют защитную логику.
Рисунок 2 - Структура системы автоматизации подстанции, показывающая уровни станции, ячейки и процесса
Эти устройства обнаруживают и измеряют уровни электрического тока и напряжения, чтобы рассчитать определенные значения, контролируемые защитной логикой, такие как электрический ток на двух разных сторонах трансформатора сверхвысокого (EHV) или высокого (HV) напряжения. Когда параметр превышает заданное значение (установка срабатывания), защитная логика действует в соответствии с заранее определенной последовательностью шагов или программным алгоритмом управления. Обычно, когда возникает проблема, сигнал отключения отправляется соответствующему выключателю, чтобы изолировать линию или шину.
