Praktisk guide för smart understationsautomation i elenergidistributioner

Understationautomationsystem (SAS), som namnet antyder, är kännetecknat av sin förmåga att ersätta manuella operatörsuppgifter med automatiserade funktioner. Automatiserade åtgärder spelar en viktig roll för att garantera säker och pålitlig drift av elöverföring och -distribution. Dess funktioner inkluderar, men är inte begränsade till, övervakning, datainsamling, skydd, styrning och fjärrkommunikation.

Tidigare användes endast Fjärrterminalenheter (RTU) som mellanhänder mellan elkraftsinstallationen på processnivån i understationer och nätverksledningssystemet för utilities för långdistansövervakning (se figur 1 nedan).

Dessa enheter är utrustade med flera ingångar och utgångar, fungerande som kommunikationsgränssnitt till fjärrkontrollcentraler. Fjärrterminalenheter (RTU) och Nätverkskontrollcentral (NCC) tillsammans utgör Övervaknings- och styrningssystem samt datainsamlingsystem (SCADA), som visas i figur 1.

Det finns flera märkbara specifika funktioner i understationsautomationsystemet:

• Styrning av spänningsomvandling (Lasttapchangersstyrning)

• Skydd för busser, linjer, matningar, transformatorer, generatorer och annan utrustning.

• Implementering av automatiserade låsningar och brytarmekanismer.

• Överföring av övervakningsdata till kontrollcentralen.

• Lösning av strömsystemfel lokalt eller på avstånd.

• Inrättande av kommunikation med andra understationer (intra-understation) och regionala kontrollcentraler.

För att ta ett exempel, många funktioner i Understationsautomationsystemet (SAS) samordnas för att automatiskt återställa från utrustningsfel eller kortslutningsfel. Dessa funktioner involverar flera enheter, med deras ansvarsområden fördelade mellan primärutrustning (som brytare, transformatorer, instrumenttransformatorer, etc.) och sekundärutrustning (som skyddsrörelsar, sammanslagningsenheter, intelligenta elektroniska enheter).

Figur 1 - Understationsautomationsystem: Arkitektur för klassiska SCADA-system

Därför blir kablage och trådförbindelserna mellan dessa enheter och utrustningar komplexa, vilket kräver betydande ansträngningar och tid för underhåll, reparation, utvidgning eller modifiering. Ansträngningar har gjorts för att minska mängden kablage och trådförbindelser genom att implementera seriell kommunikationsnätverk på olika nivåer i understationshierarkin. Dessa initiativ har lett till proprietära lösningar utvecklade av understationsutrustningsleverantörer.

Stora företag, inklusive ideella organisationer såsom Utility Communication Architecture (UCA), som består av understationsutrustningsleverantörer och utility-användare, arbetar aktivt med att förbättra understationskommunikation. De gör detta genom att delta i utvecklingen av internationella standarder för att förbättra funktionskompatibilitet och föreslå arkitekturer som erbjuder högre nätverksbandbredd. Målet är att förbättra kommunikationens tillförlitlighet både inom understationer och mellan olika understationer.

Understationsautomationshierarki i SAS kategoriseras baserat på tekniska implementeringar. Understationsautomationsystemet består av tre nivåer: stationnivån, baynivån och processnivån (som illustreras i figur 2). Dessa nivåer kan användas för att uppnå olika funktioner. I termer av tekniska specifikationer kommer dimensionerna för ett understationsautomationsystem (SAS) i extra högspänningsöverföringsunderstationer att vara större jämfört med de i högspänningsdistributionsunderstationer.

I moderna understationer är baynivån en vanlig egenskap, även om begreppet baynivå inte erkändes under de tidiga dagarna av SAS.

Vanligtvis mäter sensorer extremt stora ström- och spänningsmagnituder. Ström- och spänningsomvandlare (CTs/VTs) används för att konvertera stora mängder ström och spänning till standardiserade värden, vilka sedan matas in i reläingångar. Skalade värden motsvarar vanligtvis 5A (1A i Europa) för ström och 120 Volt för spänning. I grunden implementerar skyddsrörelser eller moderna intelligenta elektroniska enheter skyddlogiken.

Figur 2 - Strukturen av ett Understationsautomationsystem som visar station, bay och processnivåer

Dessa enheter upptäcker och mäter elektriska ström- och spänningsnivåer för att beräkna vissa värden som övervakas av skyddlogiken, såsom elektrisk ström på de två olika sidorna av en Extra Hög Spänning (EHV)/Hög Spänning (HV) transformator. När en parameter överskrider ett angivet värde (pickup setting) kommer skyddlogiken att agera enligt en fördefinierad sekvens av steg eller ett programmerat styrningsalgoritm. Vanligtvis skickas ett trip-signal till den motsvarande brytaren för att isolera en linje eller bus när ett problem uppstår.