Praxis der intelligenten Schaltanlagen-Transformation im 6kV-Arbeitsabschnitt eines Kraftwerks

Aufgrund der langen Betriebsdauer und des starken Alters der Ausrüstung bestehen bei den Schaltgeräten im 6kV-Arbeitsabschnitt von Block 6 eines bestimmten Kraftwerks potenzielle Sicherheitsrisiken wie verformte Positionierungsnieten, ungewöhnliche Schließpositionen der Erdungsgeräte und Fehlfunktionen der Schutzvorrichtungen. Diese Risiken bedrohen den stabilen Betrieb des Blocks, was eine dringend notwendige Modernisierung erfordert. Angesichts der jüngsten Fälle von Stromschlagunfällen mit Mittelspannungsschaltgeräten haben wir uns entschieden, intelligente Schaltanlagen einzusetzen. Wir implantierten das intelligente Steuerprogramm per Fernzugriff in das bestehende ECMS, konfigurierten elektrische Betriebsmechanismen, visuelle Überwachung und Online-Überwachungssysteme, um die Ein-Knopf-Bedienung und Statusfrühwarnungen zu ermöglichen, wodurch das Personal von der Ausrüstung selbst ferngehalten wird und die Betriebssicherheit gewährleistet ist.

1. Gesamtziele der Intelligenter-Schaltanlagen-Modernisierung

Die intelligente Schaltanlage kann durch Steuer-, Mess- und Kommunikationsgeräte die elektrischen Parameter der herkömmlichen Ausrüstung überwachen. Sie verwendet elektrische Mechanismen, um das Ein- und Ausfahren von Leistungsschaltern und das Öffnen und Schließen von Erdungsgeräten zu realisieren, wodurch ein intelligenter Betrieb erreicht wird. Diese Modernisierung fokussiert sich auf zwei Hauptfunktionen: "Betriebsautomatisierung" und "Statusüberwachung". Es werden auch die bestehenden Geräte zur Online-Harmonischen-Überwachung und zur Online-Isolationsüberwachung von Motoren integriert, um die Wahrnehmungsfähigkeit des Ausrüstungsstatus zu verbessern. Für häufige Probleme wie Überhitzung von Kabelenden, Blockierungen von Mechanismen, ungewöhnliche Schaltcharakteristiken und geringe Motorisolierung werden Frühwarnungen und Diagnosen basierend auf Online-Überwachungsdaten realisiert, was die zuverlässige Betriebsführung der Ausrüstung unterstützt.

2. Modernisierungsschema der Intelligenz-Schaltanlagen
(1) Realisierung der Betriebsautomatisierung

Wir implantieren das intelligente Steuerprogramm per Fernzugriff in das ECMS. Da die vorhandenen MRC-Einheiten von ABB nur starre Verkabelungen unterstützen, nutzen wir den Wislink2000-Industrieswitch im ECMS, um über RS485 mit den WDZ-5200-Serien-Schutzeinheiten des gleichen Herstellers in der Schaltanlage zu kommunizieren. Anschließend werden die Schutzeinheiten über starre Verkabelungen mit den MRC-Einheiten verbunden. Schließlich werden die elektrischen Betriebsfunktionen für Leistungsschalter/Kontaktoren und Erdungsgeräte realisiert, wodurch die Steuerung vereinfacht und die Betriebswirkungsgrad erhöht wird.

(2) Statusüberwachung und Optimierung des Betriebs und der Wartung

Auf der Seite der Statusüberwachung werden intelligente Sensoreinrichtungen für die Online-Temperaturüberwachung und die mechanische Charakteristiküberwachung von Leistungsschaltern konfiguriert, und Geräte zur Online-Harmonischen-Überwachung und zur Online-Isolationsüberwachung werden integriert. Basierend auf dem lokalen ABB MyRemoteCare-System wird der Gesundheitsstatus der Ausrüstung in Echtzeit bewertet und die Wahrscheinlichkeit von Ausrüstungsfehlern vorhergesagt. Durch diese Methode wird die Ausrüstungsbetriebs- und -wartung von einem "präventiven Wartungsmodus" zu einem "proaktiven Vorhersagemanagementmodus" transformiert, was den Wartungsmodus optimiert, die Wahrscheinlichkeit von Ausrüstungsfehlern reduziert und den langfristig stabilen Betrieb des Blocks sicherstellt.

3. Beschreibung der Betriebsautomatisierungsfunktionen
(1) Vollständiger Elektroantriebsschutzmechanismus

Das Schaltgerät ist mit einem professionellen Motorantriebsschutz ausgestattet. Bei ungewöhnlichen Arbeitsbedingungen wie Blockierungen nimmt der Motorstrom zu, was das Schutzprogramm auslöst, um den Motorstrom abzuschalten, den elektrischen Betrieb zu sperren und das Schutzindikatorlicht mit einem Fehler signalisiert, um irreversiblen mechanischen Schaden zu vermeiden.

Für den elektrischen Betrieb von Leistungsschalter-/Kontaktorschubwagen und Erdungsgerät ist das Design wie folgt:

• Elektrisches Schalten des Schubwagens: Ein Antriebsmotor wird am Schubwagenrahmen angebracht, um den Schubwagenkörper zwischen der Arbeits- und Prüfposition zu schalten. Eine intelligente Überwacheinheit mit Stallschutzfunktion wird konfiguriert, um mechanische Fehlfunktionen des Schubwagens effektiv zu vermeiden; bei einem Motorausfall schützt sie automatisch den Motor und den Antriebsmechanismus, wobei das Fehlerindikatorlicht eingeschaltet und ein Warnsignal ausgegeben wird.

• Verriegelung des Erdungsgeräts: Der elektrische Betrieb des Erdungsgeräts ist mit dem Leistungsschalter-/Kontaktorschubwagen verriegelt. Der vollständig elektrische Betriebsmodus des Schubwagens und des Erdungsgeräts verbessert die Betriebswirkungsgrad erheblich und gewährleistet die Sicherheit des Bedienpersonals – Bediener müssen nicht mehr in den Schaltgeräteraum gehen, um vor Ort zu arbeiten, was die Wartezeit beim Lastumschalten reduziert und personelle Verletzungen durch Betriebsfehler vermeidet.

(2) Programmierbare Betriebslogik

• Einschaltsequenz mit einem Knopfdruck: Beim Erhalt eines Befehls zum Schließen des Leistungsschalters öffnet das System zunächst automatisch das Erdungsgerät, dann fährt es den Leistungsschubwagen elektrisch ein; nachdem der Schubwagen an Ort und Stelle ist, kann der Einschaltvorgang vom DCS (der Ausschaltvorgang erfolgt in umgekehrter Reihenfolge) ausgeführt werden. Es unterstützt das Fernsteuern der Schaltanlage zwischen Erdungswartung, kaltem Standby, warmem Standby und Betrieb, um eine sequenzielle Steuerung zu erreichen.

• Anforderungen an den Betriebsmodus: Ausgestattet mit elektrischen Betriebsgeräten für Leistungsschalter/Kontaktoren und Erdungsgeräte sowie vollständigen visuellen Überwachungseinrichtungen, um die Fernvisualisierung von Leistungsschaltern und Erdungsgeräten für intuitive Betriebsstatusnachverfolgung und tägliche Geschäftsmanagement zu ermöglichen. Es erfüllt Sicherheitsanforderungen für Betriebs- und Wartung, ermöglicht die zentrale Steuerung von fern oder lokal; manuelle und elektrische Betriebsarten können frei geschaltet und verriegelt werden, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

4. Beschreibung der Zustandsüberwachungsfunktionen
(1) Echtzeitdiagnose basierend auf Laständerungen

Um potenzielle Ausrüstungsdefekte und versteckte Gefahren rechtzeitig zu identifizieren, Warnungen auszugeben, Probleme zu verhindern und die Wahrscheinlichkeit unerwarteter Stromausfälle zu reduzieren, wird Funktechnologie verwendet, um Parameter wie Temperaturanstieg der Schaltkontakte/Leiterenden und asynchrone dynamische Schaltcharakteristiken in Echtzeit zu erfassen und zu überwachen. Gleichzeitig bieten die während des langfristigen Betriebs gesammelten Betriebsprotokolle durch das Online-Überwachungs- und Diagnosesystem eine zuverlässige Grundlage für die Ausrüstungsgesundheitsbewertung.

(2) Online-Temperaturüberwachungsschema für Schaltanlagen

• Temperaturmesslayout: 6 Punkte für bewegliche Kontakte des Leistungsschalters (obere und untere Kontakte) und 3 Punkte für die Kabelseite; 3 Punkte für die obere Busbar-Verzweigung, 3 Punkte für den unteren Kontaktarm und 3 Punkte für die Kabelseite des Kontaktors.

• Technische Merkmale: Die Temperaturmessung des Leistungsschalters verwendet ein eingebautes Design, um eine Exposition am Kontaktarm oder Finger zu vermeiden; alle Temperatursensormodule verwenden batterielose Funkkommunikation. Wenn Leistungsschalter/Kontaktoren ersetzt werden, kann das Online-Temperaturüberwachungsgerät schnell neue Ausrüstung erkennen und sich automatisch paaren, um die Übereinstimmung der überwachten Schaltanlage und des Leistungsschalters zu gewährleisten, was durch die automatische Anpassung an die Gehäuseerkennungseinheit ohne manuelle Intervention (d.h. ohne Austausch der Temperatursensoren) realisiert wird.

(3) Videofernüberwachungslogik

In der Schaltanlage sind Videoüberwachungseinrichtungen installiert, um Überwachungsbilder per Fernübertragung zu senden, sodass Benutzer den Betriebsstatus der Ausrüstung in Echtzeit über den Host-Computer einsehen und einen stabilen Betrieb der Ausrüstung gewährleisten können.

• Online-Videotechnische Anforderungen: Wenn in dem Betriebssystem (ECMS) eine Ausrüstungsbetriebsauswahl getroffen wird, schaltet das Visualsystem nach dem Befehl automatisch auf das Video des betroffenen Geräts um, um den gesamten Betriebsvorgang aufzuzeichnen, um direkt zu beurteilen, ob der Betriebsvorgang und der Status von Leistungsschalter/Kontaktoren und Erdungsgeräten korrekt sind und der Kontakt gut ist, um den Anforderungen der Ferninspektion gerecht zu werden. Die Kamera ist direkt im Hochspannungskompartiment installiert, überprüft auf Isolierleistung und elektromagnetische Kompatibilität der Schaltanlage und ist über Ethernet mit dem Videoüberwachungssystem verbunden, um den Status von Leistungsschalter-/Kontaktorschubwagen, Schaltanlagenschützen und Erdungsgeräten zu überwachen. Das Video-Endgerät kann die Überwachungsbilder der entsprechenden Teile für die Ferninspektion ohne Vor-Ort-Personal aufrufen. Bei der Fernsteuerung der Schaltanlage gibt die Kamera automatisch durch Bewegungserkennung Videoüberwachungsbilder zurück, sodass Bediener den elektrischen Betriebsvorgang und den Status über den Host-Computer online überwachen können, wodurch die mühsame Vor-Ort-Bestätigung entfällt.

(4) Prinzip der Online-Harmonischen-Überwachung

Wenn elektrische Ausrüstungen unter unnormalen oder degradierten Bedingungen arbeiten, erzeugen sie Harmonische unterschiedlicher Frequenzen. Der Grad der Ausrüstungsdegradation wird durch den Berechnungsprozess "relativer harmonischer Inhalt → Indikatorwert → Standardwert" bestimmt: Zuerst wird der relative harmonische Inhalt jeder Ordnung durch die Gesamtharmonische-Distortion der vorgegebenen Ordnung dividiert, um den Indikatorwert zu erhalten; dann wird die harmonische Funktion jeder Ordnung, gebildet durch den Indikatorwert, mit dem berechneten Wert für jede Ordnungsdiagnose, abgeleitet aus dem relativen harmonischen Inhalt jeder Ordnung, multipliziert, um den Standardwert zu erhalten; schließlich wird der Indikatorwert mit dem Standardwert verglichen, um den Grad der Ausrüstungsdegradation zu bestimmen.

• Systemzusammensetzung: Bestehend aus einem Datenakquisitionsystem (für die Echtzeit-Online-Erfassung von Motor-Harmonischen-Daten) und einem Datenanalyse-System (basierend auf Analyse-Software für die Echtzeit-Analyse von Harmonischen-Daten und Frühwarnungen). Das gesamte System verwendet kontaktlose Harmonischen-Datensensoren, um Betriebsausrüstungsdaten online zu erfassen, und bestimmt den Grad der Ausrüstungsdegradation durch eine umfassende Analyse der Harmonischen-Komponenten und ihrer Anteile, um eine Grundlage für die Wartung zu liefern.

(5) Praxis der Online-Isolationsüberwachung von Motoren

Isolierprüfungen sind erforderlich, um den Isolationsstatus von Hochspannungsmotoren vor der Spannungszuführung und während des täglichen Standbys zu bestimmen, was ein Schlüsselaspekt im Betrieb und der Wartung der Ausrüstung und ein effektives Mittel zur Gewährleistung der System Sicherheit ist. Für die regelmäßigen Isolierprüfungsbedürfnisse offener Motoren (wie Kreiswasserpumpenmotoren und Speisewasserpumpenmotoren) und langfristig stehender Motoren im Block wurden frühzeitig Online-Isolationsüberwachungseinrichtungen eingerichtet. Die DC-Hochspannungsinjektionsmethode wird für die Isoliermessung von Kabeln oder Motorenwicklungen verwendet; wenn die Leitung abgeschaltet ist, startet die Isolierüberwachungseinrichtung automatisch die Isolierüberwachung des Speiseleiters, zeigt die Isolationswerte der Standby-Ausrüstung in Echtzeit an, um den täglichen Betrieb und die Wartung zu erleichtern.

5. Diskussion über Verbesserungsrichtungen
(1) Zentrales Management der Steuerkraft

Führen Sie leitungssteuerbare intelligente Miniatur-Sicherungen ein, die für DCS, ECMS oder NCS zugänglich sind, um die zentrale Steuerung der Steuerkraft zu erreichen. Zusammenarbeit mit dem Ein- und Ausfahren der Hauptausrüstung und Umschaltvorgängen, um den vollständigen sequenziellen Prozesssteuerung zu realisieren, tief in das Betriebsmanagement und die Optimierung integriert.

(2) Verbesserung des Isolierüberwachungssystems

Fügen Sie Endgeräte zur Online-Isolierüberwachung von Motoren hinzu (Unterstützung der Reststromüberwachung der Motorkreise, wenn der Motor eingeschaltet ist), um die vollständige Überwachung der Isolierleistung von Standby- und Betriebsausrüstung zu verbessern:

• Reduzieren Sie die Arbeit und die Betriebsrisiken der regelmäßigen Isolierprüfungen;

• Zusammenarbeit mit der Harmonischen-Überwachung und MRC, um eine Grundlage für die zustandsbasierte Wartung der Ausrüstung zu liefern;

• Isolierdaten können über RS 485-Signale mit dem Hintergrund kommunizieren oder Frühwarnungen/Alarme für Isolation/Leckströme über starre Verkabelung ausgeben, um die automatische Schaltverriegelung von elektrischen Heizern und Motoren zu ermöglichen.

(3) Systemintegrationsoptimierung

Verbinden Sie alle Betriebsabläufe der intelligenten Schaltanlagen mit dem Host-DCS, um das unabhängige ECMS zu ersetzen, um Investitionskosten zu senken, die zentrale Steuerung und Verwaltung der Ausrüstung durch DCS zu erleichtern, die Inspektionsarbeit zu optimieren und zu zentralisieren und die Personalkosten zu reduzieren.

6. Fazit

6kV-Schaltanlagen spielen eine Schlüsselrolle im Kraftwerksspannungssystem, wobei Betriebsüberwachung, Spannungsumschaltung, Isolierprüfung und Wartung im täglichen Betrieb und der Wartung unerlässlich sind. Für den Aufbau intelligenter Kraftwerke müssen 6kV-Schaltanlagen auf die Sicherheit des Personals, den zuverlässigen Betrieb der Ausrüstung, die Reduzierung der Arbeitsbelastung und die zustandsbasierte Wartung fokussiert sein, um den bestehenden Betriebs- und Wartungsmodus kontinuierlich zu optimieren, um einen sichereren, effizienteren und wirtschaftlicheren Betrieb zu erreichen.