Applicazione del Dispositivo Elettronico di Protezione e Controllo per Interruttori nei Centri Elettrici ad Alta Tensione
Riepilogo del controllo degli interruttori ad alta tensione con dispositivi elettronici intelligenti (IED)
Introduzione
I Dispositivi Elettronici Intelligenti (IED) hanno rivoluzionato il controllo e l'automazione degli interruttori ad alta tensione (HV) nelle stazioni di trasformazione. Integrando tecnologia digitale avanzata, gli IED consentono il monitoraggio, la gestione e il controllo in tempo reale da un hub remoto centralizzato, migliorando l'efficienza, l'affidabilità e la sicurezza dei sistemi di potenza.
Installazione e integrazione
Un IED di controllo dell'interruttore può essere installato all'interno del quadro dell'interruttore nel campo di commutazione o nella stanza dei relè/controlli. È importante notare che funzioni come Mancanza di Trip (BF), Ricomposizione Automatica (AR) e Sorveglianza del Circuito (CS) sono tipicamente non integrate nell'IED di Controllo dell'Interruttore ma possono essere gestite da relè di protezione separati o altri dispositivi.
Consolidamento dei segnali
In alcune applicazioni di sottostazione, invece di avere cavi di trip/chiusura individuali per ogni IED di protezione o controllo connesso allo stesso interruttore, un singolo IED di controllo dell'interruttore può consolidare tutti i segnali di trip o chiusura da più IED. Questo approccio semplifica il cablaggio e riduce il numero di connessioni, rendendo il sistema più efficiente e facile da mantenere.
Monitoraggio e funzioni ausiliarie
L'IED di controllo dell'interruttore monitora continuamente lo stato dell'interruttore, compresi:
Stato della posizione: aperto, chiuso o posizioni intermedie.
Livelli di pressione: idraulica, pneumatica o a gas, che sono cruciali per il corretto funzionamento.
Contatti ausiliari: utilizzati per fornire informazioni sullo stato agli IED correlati.
Inoltre, l'IED fornisce diverse funzioni ausiliarie:
Funzione anti-pumping: impedisce alla riaccesione dell'interruttore fino a quando la causa del guasto non è stata risolta. Se una funzione anti-pumping esiste nell'interruttore stesso, la funzione anti-pumping dell'IED dovrebbe essere disabilitata per evitare conflitti.
Sorveglianza delle bobine dell'interruttore: monitora l'integrità delle bobine di trip e chiusura per assicurarsi che funzionino correttamente.
Sorveglianza della pressione: avvisa gli operatori di condizioni di bassa pressione e blocca i comandi di trip/chiusura se la pressione è insufficiente.
Funzioni principali di un IED di controllo dell'interruttore
Acquisizione delle informazioni sullo stato dello switch primario: l'IED raccoglie dati sulla posizione e sullo stato dell'interruttore.
Esecuzione dei comandi di trip/chiusura: l'IED può eseguire comandi di trip o chiusura localmente o remotamente tramite SCADA, Unità di Controllo della Baia o IED di protezione.
Trip e chiusura suddivisi per fase: l'IED può indipendentemente trip o chiudere fasi individuali (A, B, C) o eseguire operazioni trifase. Tuttavia, non include logica integrata per discrepanze tra poli.
Funzione anti-pumping: impedisce all'interruttore di essere ripetutamente chiuso durante una condizione di guasto.
Sorveglianza delle bobine dell'interruttore: assicura l'integrità delle bobine di trip e chiusura.
Sorveglianza della pressione: monitora i livelli di pressione per garantire un funzionamento sicuro e prevenire azioni insicure.
Interazione dei segnali nell'IED dell'interruttore
Quando si verifica un guasto nel sistema di potenza:
Gli IED di protezione rilevano il guasto e inviano un comando di trip all'IED di Controllo dell'Interruttore.L'IED di Controllo dell'Interruttore quindi trippa l'interruttore corrispondente utilizzando segnali cablati (Fase A, B, C o trip trifase).Dopo il trip, l'IED acquisisce il nuovo stato dell'interruttore (ad esempio, aperto o chiuso) e fornisce queste informazioni agli IED correlati tramite segnali cablati.Informazioni di stato aggiuntive, come la bassa pressione, vengono anche monitorate e segnalate.Il segnale di trip dagli IED di protezione viene anche utilizzato per avviare la funzione di Ricomposizione Automatica (AR), che tenta di ripristinare il potere dopo un guasto. Il comando di chiusura AR viene inviato all'IED di Controllo dell'Interruttore tramite segnali cablati. Analogamente, il segnale di trip può avviare la funzione di Mancanza di Trip (BF), e i segnali di re-trip sono anche cablati all'IED.Comandi di controllo remoti (apertura/chiusura) da RTU/SCADA, sistemi di automazione locale della sottostazione o Unità di Controllo della Baia sono anche cablati all'IED di controllo dell'interruttore.
Comunicazione con IEC 61850 e GOOSE
Nelle moderne sottostazioni, l'IED di Controllo dell'Interruttore può comunicare utilizzando il protocollo IEC 61850, specificamente attraverso messaggi GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). Ciò consente un'integrazione senza soluzione di continuità con altri dispositivi intelligenti nella sottostazione, riducendo la necessità di connessioni cablate e migliorando la flessibilità e l'affidabilità del sistema.
La figura 1 illustra un'applicazione tipica di un IED di controllo dell'interruttore utilizzando la comunicazione GOOSE. In pratica, reti ridondanti (Rete A e Rete B) vengono spesso implementate per garantire una maggiore affidabilità.
Ruolo nell'automazione della sottostazione
L'IED di Controllo dell'Interruttore agisce come interfaccia digitale tra dispositivi secondari (come IED di protezione, sistemi SCADA e Unità di Controllo della Baia) e l'equipaggiamento primario ad alta tensione (interruttori). Facilita la transizione dai tradizionali sistemi analogici a sottostazioni completamente digitalizzate, abilitando funzionalità avanzate come il monitoraggio in tempo reale, il controllo automatizzato e l'ottimizzazione della gestione dei guasti.
Altre funzioni principali dell'IED di controllo dell'interruttore:
Nella figura 2 vengono mostrate le interazioni funzionali e dei segnali dell'IED di controllo dell'interruttore:
Panoramica completa del controllo degli interruttori ad alta tensione con dispositivi elettronici intelligenti (IED)
Introduzione
I Dispositivi Elettronici Intelligenti (IED) svolgono un ruolo cruciale nelle moderne sottostazioni, abilitando il controllo e il monitoraggio avanzati degli interruttori ad alta tensione (HV). Il Controller dell'Interruttore è un IED specializzato che raccoglie informazioni dagli interruttori e invia loro comandi di controllo, facilitando la gestione e l'automazione in tempo reale. Questo dispositivo interfaccia con interruttori basati su segnali analogici tradizionali attraverso contatti di input/output cablati, convertendo i segnali elettrici in dati digitali per la comunicazione tramite il protocollo IEC 61850 e i messaggi GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Funzioni chiave del Controller dell'Interruttore
Raccolta di informazioni dagli interruttori
Stato della posizione: aperto, chiuso o posizioni intermedie.
Stato della pressione di controllo: livelli di pressione idraulica, pneumatica o a gas.
Contatti ausiliari: segnali di stato aggiuntivi come bassa pressione, condizioni di guasto, ecc.
Input cablati: il Controller dell'Interruttore utilizza contatti di input cablati per raccogliere varie informazioni di stato dagli interruttori, compresi:
Conversione analogico-digitale: il controller converte questi segnali analogici in formato digitale, rendendo i dati compatibili con i moderni protocolli di comunicazione.
Invio di comandi di controllo agli interruttori
Output cablati: il Controller dell'Interruttore utilizza contatti di output cablati per inviare comandi di trip o chiusura agli interruttori. Questi comandi vengono eseguiti in base alle istruzioni ricevute dai dispositivi di protezione, dai sistemi SCADA o dalle unità di controllo della baia.
Circuiti suddivisi per fase: il controller fornisce tipicamente circuiti di trip e chiusura suddivisi per fase, permettendo il controllo indipendente di fasi individuali (A, B, C) o operazioni trifase. Per un interruttore trifase, solitamente fornisce una bobina di chiusura e due bobine di trip.
Comunicazione tramite messaggi GOOSE
Pubblicazione di informazioni ai dispositivi di livello baia: dopo aver raccolto le informazioni elettriche dagli interruttori, il Controller dell'Interruttore converte questi dati in segnali digitali e li pubblica ai dispositivi IED di livello baia tramite il bus di processo utilizzando i messaggi GOOSE. Ciò consente ad altri dispositivi nella sottostazione di accedere agli aggiornamenti dello stato in tempo reale.
Ricezione di messaggi GOOSE dai dispositivi di livello baia: quando si verifica un guasto nel sistema di potenza o viene emesso un comando di controllo remoto, i dispositivi di protezione o le unità di controllo della baia correlati pubblicano i corrispondenti messaggi GOOSE (ad esempio, comando di trip, comando di chiusura). Il Controller dell'Interruttore, agendo come sottoscrittore, riceve questi messaggi e prende le azioni appropriate, come il trip o la chiusura dell'interruttore tramite i suoi contatti di output cablati.
Prevenzione del trip ripetuto (funzione anti-pump)
Prevenzione del trip ripetuto: se un interruttore viene chiuso manualmente o automaticamente su un guasto permanente e il segnale di chiusura persiste, l'interruttore potrebbe tentare di chiudersi più volte dopo ogni trip. Per prevenire ciò, il Controller dell'Interruttore include una funzione anti-pump che assicura che l'interruttore trip solo una volta e impedisce ulteriori chiusure finché il circuito di chiusura non viene de-energizzato dall'operatore.
Considerazione di configurazione: se l'interruttore stesso ha un circuito anti-pump, la funzione anti-pump nel Controller dell'Interruttore dovrebbe essere disabilitata per evitare conflitti.
Sorveglianza delle bobine dell'interruttore
Sorveglianza della bobina di chiusura: il Controller dell'Interruttore può monitorare lo stato della bobina di chiusura utilizzando relè ausiliari. Questo viene ottenuto collegando il terminale al polo negativo dell'alimentazione in serie con il contatto ausiliario normalmente chiuso (52b) dell'interruttore. Se il terminale è anche connesso alla bobina di chiusura (CC), i relè ausiliari possono fornire la sorveglianza dello stato della bobina di chiusura.
Sorveglianza della bobina di trip: analogamente, il controller può sorvegliare lo stato della bobina di trip utilizzando relè ausiliari. Questo viene fatto collegando il terminale al polo negativo dell'alimentazione in serie con il contatto ausiliario normalmente aperto (52a) dell'interruttore. Se il terminale è anche connesso alla bobina di trip (TC), i relè ausiliari possono monitorare lo stato della bobina di trip.
Sorveglianza della pressione e blocco
Monitoraggio critico della pressione: la pressione negli interruttori è essenziale per il loro corretto funzionamento. Livelli anomali di pressione possono portare a malfunzionamenti, riduzione della durata o addirittura danni agli interruttori. Pertanto, il Controller dell'Interruttore monitora tutti i segnali di pressione (ad esempio, idraulica, pneumatica, a gas) negli interruttori correlati.
Funzioni di blocco della pressione: quando viene ricevuto un comando di trip o chiusura, il controller implementa funzioni di blocco della pressione per prevenire operazioni insicure. Se la pressione è inferiore a una soglia sicura, il controller bloccherà l'esecuzione del comando per proteggere l'interruttore. Queste funzioni di blocco assicurano che l'interruttore funzioni solo in condizioni sicure.
Circuiti di trip e chiusura suddivisi per fase
Il Controller dell'Interruttore fornisce tipicamente circuiti di trip e chiusura suddivisi per fase, permettendo il controllo indipendente di ogni fase. Per un interruttore trifase, il controller solitamente include:
Una bobina di chiusura: utilizzata per chiudere tutte e tre le fasi simultaneamente.
Due bobine di trip: una per il trip monofase e un'altra per il trip trifase. Questa configurazione consente un controllo flessibile e preciso dell'interruttore, in base ai requisiti specifici del sistema di potenza.
Conclusione
Il Controller dell'Interruttore è un componente vitale nelle moderne sottostazioni, colmando il divario tra interruttori analogici tradizionali e sistemi di comunicazione digitali. Integrando funzionalità avanzate come la comunicazione tramite messaggi GOOSE, la funzione anti-pump e la sorveglianza delle bobine, il controller migliora l'affidabilità, la sicurezza ed l'efficienza delle operazioni degli interruttori ad alta tensione. La sua capacità di raccogliere dati in tempo reale ed eseguire comandi di controllo garantisce che le sottostazioni possano operare in modo fluido, anche in ambienti di potenza complessi e dinamici.
