Aplikacja sterownika wyłącznika w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia
Podsumowanie sterowania wysokonapięciowym wyłącznikiem z użyciem inteligentnych urządzeń elektronicznych (IED)
Wprowadzenie
Inteligentne urządzenia elektroniczne (IED) przekształciły sterowanie i automatyzację wysokonapięciowych (HV) wyłączników w stacjach elektroenergetycznych. Poprzez integrację zaawansowanej cyfrowej technologii, IED umożliwiają monitorowanie, zarządzanie i sterowanie w czasie rzeczywistym z centralnego zdalnego centrum, zwiększając efektywność, niezawodność i bezpieczeństwo systemów energetycznych.
Instalacja i integracja
Sterownik IED do wyłącznika może być zainstalowany zarówno w szafie wyłącznika na terenie stacji, jak i w pomieszczeniu relé/kontrolnym. Warto zauważyć, że funkcje takie jak Awaria Wyłącznika (BF), Automatyczne Ponowne Zamknięcie (AR) i Nadzór nad Obwodem (CS) są zwykle nieintegrowane z Sterownikiem IED do wyłącznika, ale mogą być obsługiwane przez odrębne relé ochronne lub inne urządzenia.
Konsolidacja sygnałów
W niektórych aplikacjach stacji elektroenergetycznych, zamiast mieć osobne przewody trip/close dla każdego ochronnego lub kontrolnego IED podłączonego do tego samego wyłącznika, pojedynczy sterownik IED do wyłącznika może skonsolidować wszystkie sygnały trip lub close z wielu IED. Ten podejście upraszcza druty i zmniejsza liczbę połączeń, czyniąc system bardziej efektywnym i łatwiejszym w utrzymaniu.
Monitorowanie i funkcje pomocnicze
Sterownik IED do wyłącznika ciągle monitoruje stan wyłącznika, w tym:
Stan Pozycji: Otwarty, zamknięty lub pośredni.
Poziom Ciśnienia: Hydraulika, pneumatyka lub ciśnienie gazu, które są kluczowe dla prawidłowego działania.
Kontakty Pomocnicze: Używane do dostarczania informacji o stanie związanych IED
Dodatkowo, IED zapewnia kilka funkcji pomocniczych:
Funkcja Antypompowania: Zapobiega ponownemu zamknięciu wyłącznika, dopóki przyczyna awarii nie zostanie usunięta. Jeśli funkcja antypompowania istnieje w samym wyłączniku, funkcja antypompowania w IED powinna być wyłączone, aby uniknąć konfliktów.
Nadzór nad Cewkami Wyłącznika: Monitoruje kondycję cewek trip i close, aby upewnić się, że działają poprawnie.
Nadzór nad Ciśnieniem: Informuje operatorów o niskich warunkach ciśnienia i blokuje komendy trip/close, jeśli ciśnienie jest niewystarczające.
Główne funkcje sterownika IED do wyłącznika
Zbieranie informacji o stanie głównego przełącznika: IED zbiera dane o pozycji i stanie wyłącznika.
Wykonywanie komend Trip/Close: IED może wykonać komendy trip lub close lokalnie lub zdalnie poprzez SCADA, jednostki kontroli zasobnika lub IED ochronne.
Oddzielne tripowanie i zamknięcie faz: IED może niezależnie tripować lub zamykać poszczególne fazy (A, B, C) lub wykonywać operacje trójfazowe. Jednakże nie zawiera ono zintegrowanej logiki dla rozbieżności pól.
Funkcja Antypompowania: Zapobiega wielokrotnemu zamknięciu wyłącznika podczas warunku awaryjnego.
Nadzór nad cewkami wyłącznika: Zapewnia integralność cewek trip i close.
Nadzór nad ciśnieniem: Monitoruje poziomy ciśnienia, aby zagwarantować bezpieczne działanie i zapobiegać niebezpiecznym działaniom.
Interakcja sygnałów w IED do wyłącznika
Gdy wystąpi awaria w systemie energetycznym:
IED ochronne wykrywają awarię i wydają komendę trip do Sterownika IED do wyłącznika.Sterownik IED do wyłącznika następnie tripuje odpowiedni wyłącznik za pomocą przewodowych sygnałów (Faza A, B, C lub tripowanie trójfazowe).Po tripowaniu, IED uzyskuje nowy stan wyłącznika (np. otwarty lub zamknięty) i dostarcza te informacje do odpowiednich IED za pomocą przewodowych sygnałów.Dodatkowe informacje o stanie, takie jak niskie ciśnienie, są również monitorowane i zgłaszane.Sygnał trip od IED ochronnych jest również używany do uruchomienia funkcji Automatycznego Ponownego Zamknięcia (AR), która próbuje przywrócić energię po awarii. Komenda zamknięcia AR jest wysyłana do Sterownika IED do wyłącznika za pomocą przewodowych sygnałów. Podobnie, sygnał trip może uruchomić funkcję Awarii Wyłącznika (BF), a sygnały re-trip są również przewodowo podłączone do IED.Komendy zdalnej kontroli (otwieranie/zamykanie) z RTU/SCADA, lokalnych systemów automatyzacji stacji lub jednostek kontroli zasobnika są również przewodowo podłączone do sterownika IED do wyłącznika.
Komunikacja z IEC 61850 i GOOSE
W nowoczesnych stacjach elektroenergetycznych, Sterownik IED do wyłącznika może komunikować się przy użyciu protokołu IEC 61850, konkretnie za pomocą wiadomości GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). To pozwala na płynną integrację z innymi inteligentnymi urządzeniami w stacji, redukując potrzebę przewodowych połączeń i poprawiając elastyczność i niezawodność systemu.
Rysunek 1 ilustruje typową aplikację sterownika IED do wyłącznika przy użyciu komunikacji GOOSE. W praktyce często implementuje się sieci redundancyjne (Sieć A i Sieć B), aby zapewnić wyższą niezawodność.
Rola w automatyzacji stacji elektroenergetycznych
Sterownik IED do wyłącznika działa jako cyfrowy interfejs między urządzeniami wtórnymi (takimi jak IED ochronne, systemy SCADA i jednostki kontroli zasobnika) a wysoko-napięciowym sprzętem pierwotnym (wyłącznikami). Ułatwia przejście od tradycyjnych analogowych systemów do całkowicie cyfrowych stacji, umożliwiając zaawansowane funkcje, takie jak monitorowanie w czasie rzeczywistym, zautomatyzowane sterowanie i lepsze obsługa awarii.
Inne główne funkcje sterownika IED do wyłącznika:
Na rysunku 2 pokazano funkcje sterownika IED do wyłącznika i interakcje sygnałów:
Pełny przegląd sterowania wysokonapięciowym wyłącznikiem z użyciem inteligentnych urządzeń elektronicznych (IED)
Wprowadzenie
Inteligentne urządzenia elektroniczne (IED) odgrywają kluczową rolę w nowoczesnych stacjach elektroenergetycznych, umożliwiając zaawansowane sterowanie i monitorowanie wysokonapięciowych (HV) wyłączników. Sterownik Wyłącznika to specjalizowane IED, które zbiera informacje z wyłączników i wysyła do nich komendy sterujące, ułatwiając zarządzanie w czasie rzeczywistym i automatyzację. Urządzenie to łączy się z tradycyjnymi analogowymi sygnałami wyłączników za pomocą przewodowych wejść/wyjść, konwertując sygnały elektryczne na cyfrowe dane do komunikacji za pomocą protokołu IEC 61850 i wiadomości GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Kluczowe funkcje Sterownika Wyłącznika
Zbieranie informacji z wyłączników
Stan Pozycji: Otwarty, zamknięty lub pośredni.
Stan Ciśnienia Kontrolnego: Poziomy ciśnienia hydraulicznego, pneumatycznego lub gazowego.
Kontakty Pomocnicze: Dodatkowe sygnały statusu, takie jak niskie ciśnienie, warunki awaryjne itp.
Przewodowe Wejścia: Sterownik Wyłącznika używa przewodowych kontaktów wejściowych, aby zbierać różne informacje o stanie z wyłączników, w tym:
Konwersja Analogowo-Cyfrowa: Sterownik konwertuje te analogowe sygnały na format cyfrowy, czyniąc dane kompatybilnymi z nowoczesnymi protokołami komunikacji.
Wysyłanie komend sterujących do wyłączników
Przewodowe Wyjścia: Sterownik Wyłącznika używa przewodowych kontaktów wyjściowych, aby wysyłać komendy trip lub close do wyłączników. Te komendy są wykonywane na podstawie instrukcji otrzymanych od urządzeń ochronnych, systemów SCADA lub jednostek kontroli zasobnika.
Obwody Oddzielone Fazowo: Sterownik zwykle zapewnia obwody tripowania i zamknięcia oddzielone fazowo, umożliwiające niezależne sterowanie poszczególnymi fazami (A, B, C) lub operacjami trójfazowymi. Dla trójfazowego wyłącznika zwykle zapewnia jedną cewkę zamknięcia i dwie cewki tripowania.
Komunikacja za pomocą wiadomości GOOSE
Publikowanie Informacji do Urządzeń Poziomu Zasobnika: Po zebraniu informacji elektrycznych z wyłączników, Sterownik Wyłącznika konwertuje te dane na sygnały cyfrowe i publikuje je do IED poziomu zasobnika za pomocą procesowej magistrali i wiadomości GOOSE. To pozwala innym urządzeniom w stacji na dostęp do aktualizacji statusu w czasie rzeczywistym.
Odbieranie Wiadomości GOOSE od Urządzeń Poziomu Zasobnika: Gdy wystąpi awaria w systemie energetycznym lub zostanie wydana komenda zdalnej kontroli, odpowiednie urządzenia ochronne lub jednostki kontroli zasobnika publikują odpowiednie wiadomości GOOSE (np. komenda trip, komenda close). Sterownik Wyłącznika, działający jako subskrybent, odbiera te wiadomości i podejmuje odpowiednie działania, takie jak tripowanie lub zamknięcie wyłącznika za pomocą swoich przewodowych kontaktów wyjściowych.
Zapobieganie Powtarzanemu Tripowaniu (Funkcja Antypompowania)
Zapobieganie Powtarzanemu Tripowaniu: Jeśli wyłącznik jest ręcznie lub automatycznie zamknięty na stałe uszkodzenie i sygnał zamknięcia trwa, wyłącznik może próbować zamknąć się wiele razy po każdym tripowaniu. Aby temu zapobiec, Sterownik Wyłącznika obejmuje funkcję antypompowania, która zapewnia, że wyłącznik tripuje tylko raz i zapobiega dalszemu zamykaniu, dopóki obwód zamknięcia nie zostanie dezaktywowany przez operatora.
Uwagi Konfiguracyjne: Jeśli sam wyłącznik ma obwód antypompowania, funkcja antypompowania w Sterowniku Wyłącznika powinna być wyłączona, aby uniknąć konfliktów.
Nadzór nad Cewkami Wyłącznika
Nadzór nad Cewką Zamknięcia: Sterownik Wyłącznika może monitorować stan cewki zamknięcia za pomocą relé pomocniczych. Jest to osiągane przez podłączenie terminala do ujemnego bieguna zasilania w szeregu z normalnie zamkniętym kontaktem pomocniczym (52b) wyłącznika. Jeśli terminal jest również podłączony do cewki zamknięcia (CC), relé pomocnicze mogą zapewniać nadzór nad kondycją cewki zamknięcia.
Nadzór nad Cewką Tripowania: Podobnie, sterownik może nadzorować stan cewki tripowania za pomocą relé pomocniczych. Jest to wykonane przez podłączenie terminala do ujemnego bieguna zasilania w szeregu z normalnie otwartym kontaktem pomocniczym (52a) wyłącznika. Jeśli terminal jest również podłączony do cewki tripowania (TC), relé pomocnicze mogą monitorować stan cewki tripowania.
Nadzór nad Ciśnieniem i Blokada
Monitoring Kluczowego Ciśnienia: Ciśnienie w wyłącznikach jest kluczowe dla ich prawidłowego działania. Nieprawidłowe poziomy ciśnienia mogą prowadzić do awarii, skrócenia żywotności lub nawet uszkodzenia wyłączników. Dlatego Sterownik Wyłącznika monitoruje wszystkie typy sygnałów ciśnienia (np. hydrauliczne, pneumatyczne, gazowe) w związanych wyłącznikach.
Funkcje Blokady Ciśnienia: Po otrzymaniu komendy trip lub close, sterownik implementuje funkcje blokady ciśnienia, aby zapobiec niebezpiecznym działaniom. Jeśli ciśnienie jest poniżej bezpiecznego progu, sterownik zablokuje wykonanie komendy, aby chronić wyłącznik. Te funkcje blokady zapewniają, że wyłącznik działa tylko w bezpiecznych warunkach.
Obwody Tripowania i Zamknięcia Oddzielone Fazowo
Sterownik Wyłącznika zwykle zapewnia obwody tripowania i zamknięcia oddzielone fazowo, umożliwiające niezależne sterowanie każdej fazy. Dla trójfazowego wyłącznika, sterownik zwykle obejmuje:
Jedna Cewka Zamknięcia: Używana do jednoczesnego zamknięcia wszystkich trzech faz.
Dwie Cewki Tripowania: Jedna do tripowania jednofazowego i druga do tripowania trójfazowego. Ta konstrukcja pozwala na elastyczne i precyzyjne sterowanie wyłącznikiem, w zależności od specyficznych wymagań systemu energetycznego.
Podsumowanie
Sterownik Wyłącznika to kluczowy element w nowoczesnych stacjach elektroenergetycznych, łączący luki między tradycyjnymi analogowymi wyłącznikami a cyfrowymi systemami komunikacyjnymi. Poprzez integrację zaawansowanych funkcji, takich jak komunikacja wiadomościami GOOSE, funkcja antypompowania i nadzór nad cewkami, sterownik zwiększa niezawodność, bezpieczeństwo i efektywność operacji wysokonapięciowych wyłączników. Jego zdolność do gromadzenia danych w czasie rzeczywistym i wykonywania komend sterujących zapewnia, że stacje mogą działać płynnie, nawet w złożonych i dynamicznych środowiskach energetycznych.
