Застосування пристрою IED-Business для керування вимикачем у підстанціях високого напруги
Підсумок управління високовольтними вимикачами з використанням інтелектуальних електронних пристроїв (IED-Business)
Вступ
Інтелектуальні електронні пристрої (IED) революційно змінили управління та автоматизацію високовольтних (HV) вимикачів на підстанціях. Інтегруючи передові цифрові технології, IED дозволяють реального часу моніторинг, управління та контроль з централізованого віддаленого центру, підвищуючи ефективність, надійність та безпеку енергетичних систем.
Встановлення та інтеграція
Керуючий IED вимикачем може бути встановлений або всередині шафи вимикача на комутаційній установці, або в кімнаті реле/контролю. Важливо зазначити, що функції, такі як невдача вимикача (BF), автоматичне повторне закриття (AR) та контроль лінії (CS), зазвичай не інтегруються в керуючий IED вимикачем, але можуть обслуговуватися окремими захисними реле або іншими пристроями.
Консолідація сигналів
У деяких застосуваннях на підстанціях замість окремих проводів для кожного захисного або керуючого IED, підключених до одного вимикача, один керуючий IED вимикачем може консолідувати всі сигнали відкриття або закриття від кількох IED. Цей підхід спрощує проводку та зменшує кількість з'єднань, роблячи систему більш ефективною та простішою у підтримці.
Моніторинг та допоміжні функції
Керуючий IED вимикачем постійно моніторить стан вимикача, включаючи:
Стан положення: відкрите, закрите або проміжне положення.
Рівень тиску: гіdraulic, пневматичний або газовий тиск, який є важливим для правильного функціонування.
Допоміжні контакти: використовуються для надання інформації про стан пов'язаним IED
Додатково, IED надає кілька допоміжних функцій:
Функція запобігання повторному закриттю: запобігає повторному закриттю вимикача, поки причина аварії не буде усунута. Якщо функція запобігання повторному закриттю існує в самому вимикачу, функцію запобігання повторному закриттю IED слід вимкнути, щоб уникнути конфліктів.
Контроль катушок вимикача: контролює стан катушок відкриття та закриття, щоб забезпечити їх правильне функціонування.
Контроль тиску: повідомляє операторів про низький тиск та блокує команди відкриття/закриття, якщо тиск недостатній.
Основні функції керуючого IED вимикачем
Збирання інформації про стан основного переключника: IED збирає дані про положення та стан вимикача.
Виконання команд відкриття/закриття: IED може виконувати команди відкриття або закриття місцево або віддалено через SCADA, блоки керування секціями або захисні IED.
Фазово-розподілене відкриття та закриття: IED може незалежно відкривати або закривати окремі фази (A, B, C) або виконувати трифазні операції. Однак, воно не включає інтегровану логіку для розходження стержнів.
Функція запобігання повторному закриттю: запобігає повторному закриттю вимикача під час аварійної ситуації.
Контроль катушок вимикача: забезпечує цілісність катушок відкриття та закриття.
Контроль тиску: контролює рівні тиску, щоб забезпечити безпечне функціонування та запобігти небезпечним діям.
Взаємодія сигналів в IED вимикача
При виникненні аварії в енергосистемі:
Захисні IED виявляють аварію та видають команду відкриття до керуючого IED вимикачем.Керуючий IED вимикачем потім відкриває відповідний вимикач, використовуючи жорсткі з'єднання (фаза A, B, C або трифазне відкриття).Після відкриття, IED отримує новий стан вимикача (наприклад, відкрите або закрите) та надає цю інформацію відповідним IED через жорсткі з'єднання.Додаткова інформація про стан, така як низький тиск, також контролюється та звітується.Сигнал відкриття від захисних IED також використовується для запуску функції автоматичного повторного закриття (AR), яка намагається відновити живлення після аварії. Команда закриття AR відправляється до керуючого IED вимикачем через жорсткі з'єднання. Аналогічно, сигнал відкриття може запустити функцію невдачі вимикача (BF), а команди повторного відкриття також подаються через жорсткі з'єднання до IED.Віддалені команди керування (відкриття/закриття) від RTU/SCADA, місцевих систем автоматизації підстанцій або блоків керування секціями також подаються через жорсткі з'єднання до керуючого IED вимикачем.
Зв'язок за протоколом IEC 61850 та GOOSE
На сучасних підстанціях, керуючий IED вимикачем може зв'язуватися за протоколом IEC 61850, зокрема за допомогою повідомлень GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event). Це дозволяє безперебійну інтеграцію з іншими інтелектуальними пристроями на підстанції, зменшуючи потребу в жорстких з'єднаннях та покращуючи гнучкість та надійність системи.
Рисунок 1 ілюструє типове застосування керуючого IED вимикачем з використанням зв'язку GOOSE. На практиці часто реалізуються резервні мережі (мережа A та мережа B) для забезпечення вищої надійності.
Роль в автоматизації підстанції
Керуючий IED вимикачем діє як цифрова інтерфейс між вторинними пристроями (такими як захисні IED, системи SCADA, блоки керування секціями) та високовольтним первинним обладнанням (вимикачами). Він сприяє переходу від традиційних аналогових систем до повністю цифрових підстанцій, забезпечуючи розширені функції, такі як реального часу моніторинг, автоматизоване керування та покращене оброблення аварій.
Інші основні функції керуючого IED вимикачем:
На рисунку 2 показано функціональні взаємодії та сигнали керуючого IED вимикачем:
Всеохоплююче огляд управління високовольтними вимикачами з використанням інтелектуальних електронних пристроїв (IED-Business)
Вступ
Інтелектуальні електронні пристрої (IED) відіграють ключову роль на сучасних підстанціях, дозволяючи розширене управління та моніторинг високовольтних (HV) вимикачів. Контролер вимикача є спеціалізованим IED, який збирає інформацію з вимикачів та відправляє команди керування до них, сприяючи реального часу управлінню та автоматизації. Цей пристрій інтерфейсується з традиційними аналоговими сигналами вимикачів через жорсткі входи/виходи, перетворюючи електричні сигнали в цифрові дані для зв'язку за протоколом IEC 61850 та повідомленнями GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event).
Основні функції контролера вимикача
Збирання інформації з вимикачів
Стан положення: відкрите, закрите або проміжне положення.
Стан керуючого тиску: рівень гіdraulic, пневматичного або газового тиску.
Допоміжні контакти: додаткові сигнали стану, такі як низький тиск, аварійні ситуації тощо.
Жорсткі входи: Контролер вимикача використовує жорсткі входи для збору різноманітної інформації про стан вимикачів, включаючи:
Аналогово-цифрове перетворення: контролер перетворює ці аналогові сигнали в цифровий формат, роблячи дані сумісними з сучасними протоколами зв'язку.
Відправлення команд керування до вимикачів
Жорсткі виходи: Контролер вимикача використовує жорсткі виходи для відправлення команд відкриття або закриття до вимикачів. Ці команди виконуються на основі інструкцій, отриманих від захисних пристроїв, систем SCADA або блоків керування секціями.
Фазово-розподілені контури: контролер зазвичай забезпечує фазово-розподілені контури відкриття та закриття, дозволяючи незалежне керування окремими фазами (A, B, C) або трифазними операціями. Для трифазного вимикача зазвичай надається одна катушка закриття та дві катушки відкриття.
Зв'язок за повідомленнями GOOSE
Опублікування інформації для пристроїв рівня секції: Після збору електричної інформації з вимикачів, контролер вимикача перетворює ці дані в цифрові сигнали та публікує їх до IED рівня секції через процесний шинний канал за допомогою повідомлень GOOSE. Це дозволяє іншим пристроям на підстанції отримувати актуальну інформацію про стан.
Отримання повідомлень GOOSE від пристроїв рівня секції: Коли виникає аварія в енергосистемі або відправляється віддалена команда керування, пов'язані захисні пристрої або блоки керування секціями публікують відповідні повідомлення GOOSE (наприклад, команда відкриття, команда закриття). Контролер вимикача, який діє як підписник, отримує ці повідомлення та виконує відповідні дії, такі як відкриття або закриття вимикача через свої жорсткі виходи.
Запобігання повторному закриттю (функція анти-помпа)
Запобігання повторному закриттю: Якщо вимикач вручну або автоматично закривається при постійній аварії, і сигнал закриття триває, вимикач може спробувати закритися кілька разів після кожного відкриття. Для запобігання цьому, контролер вимикача включає функцію анти-помпа, яка забезпечує, що вимикач відкривається лише один раз і запобігає подальшому закриттю, поки цикл закриття не буде знедійснений оператором.
Розгляди конфігурації: Якщо вимикач має власний цикл анти-помпи, функцію анти-помпи в контролері вимикача слід вимкнути, щоб уникнути конфліктів.
Контроль катушок вимикача
Контроль катушки закриття: Контролер вимикача може контролювати стан катушки закриття за допомогою допоміжних реле. Це досягається шляхом підключення терміналу до від'ємного полюсу джерела живлення в серії з нормально замкнутим допоміжним контактом (52b) вимикача. Якщо термінал також підключено до катушки закриття (CC), допоміжні реле можуть забезпечити контроль здоров'я катушки закриття.
Контроль катушки відкриття: Аналогічно, контролер може контролювати стан катушки відкриття за допомогою допоміжних реле. Це виконується шляхом підключення терміналу до від'ємного полюсу джерела живлення в серії з нормально відкритим допоміжним контактом (52a) вимикача. Якщо термінал також підключено до катушки відкриття (TC), допоміжні реле можуть контролювати стан катушки відкриття.
Контроль тиску та блокування
Критичний контроль тиску: Тиск в вимикачах є важливим для їх правильного функціонування. Аномальні рівні тиску можуть призвести до збоїв, зменшення строку служби або навіть пошкодження вимикачів. Тому контролер вимикача контролює всі типи сигналів тиску (наприклад, гіdraulic, пневматичний, газовий) у пов'язаних вимикачах.
Функції блокування тиску: При отриманні команди відкриття або закриття, контролер реалізує функції блокування тиску, щоб запобігти небезпечним операціям. Якщо тиск нижче безпечного порогу, контролер заблокує виконання команди, щоб захистити вимикач. Ці функції блокування забезпечують, що вимикач працює лише в безпечних умовах.
Фазово-розподілені контури відкриття та закриття
Контролер вимикача зазвичай забезпечує фазово-розподілені контури відкриття та закриття, дозволяючи незалежне керування кожною фазою. Для трифазного вимикача контролер зазвичай включає:
Одну катушку закриття: Використовується для одночасного закриття всіх трьох фаз.
Дві катушки відкриття: Одна для однофазного відкриття, а інша для трифазного відкриття. Цей дизайн дозволяє гнучке та точне керування вимикачем, залежно від конкретних вимог енергосистеми.
Висновок
Контролер вимикача є важливим компонентом на сучасних підстанціях, з'єднуючи традиційні аналогові вимикачі з цифровими системами зв'язку. Інтегруючи розширені функції, такі як зв'язок за повідомленнями GOOSE, функцію анти-помпи та контроль катушок, контролер підвищує надійність, безпеку та ефективність операцій високовольтних вимикачів. Його здатність збирати актуальні дані та виконувати команди керування забезпечує, що підстанції можуть працювати плавно, навіть у складних та динамічних умовах енергосистеми.
