Pratique de la Transformation des Armoires Électriques Intelligentes dans la Section de Travail 6kV d'une Centrale Électrique

En raison de la longue durée de service et du vieillissement sévère de l'équipement, les interrupteurs de la section de travail de 6 kV de l'unité 6 d'une certaine centrale électrique présentent des risques potentiels tels que des broches de positionnement déformées, des positions anormales de fermeture des interrupteurs de terre et des dysfonctionnements des dispositifs de protection. Ces risques menacent le fonctionnement stable de l'unité, rendant la transformation extrêmement urgente. En outre, compte tenu des récents cas d'accidents électriques impliquant des interrupteurs moyenne tension, nous avons décidé d'adopter des tableaux de distribution intelligents. Nous implantons à distance le programme de contrôle intelligent dans l'ECMS existant, configurons des mécanismes d'exploitation électrique, un système de surveillance visuelle et un système de surveillance en ligne pour réaliser une opération à un bouton et une alerte précoce de l'état, éloignant ainsi le personnel de l'équipement lui-même et assurant la sécurité opérationnelle.

1. Objectifs généraux de la transformation des tableaux de distribution intelligents

Le tableau de distribution intelligent peut surveiller à distance les paramètres électriques de l'équipement traditionnel via des dispositifs de contrôle, de mesure et de communication. Il utilise des mécanismes électriques pour effectuer le racking in/out des disjoncteurs et l'ouverture/fermeture des interrupteurs de terre, réalisant ainsi une opération intelligente. Cette transformation se concentre sur deux fonctions majeures : "l'automatisation des opérations" et "la surveillance de l'état". Elle intègre également les dispositifs de surveillance harmonique en ligne existants et les dispositifs de surveillance en ligne de l'isolation des moteurs pour améliorer la capacité de perception de l'état de l'équipement. Pour des problèmes courants tels que le surchauffage des bornes de câbles, le blocage des mécanismes, les caractéristiques anormales des interrupteurs et l'isolation faible des moteurs, des alertes précoce et des diagnostics sont réalisés sur la base des données de surveillance en ligne, fournissant un soutien pour le fonctionnement fiable de l'équipement.

2. Schéma de transformation des tableaux de distribution intelligents
(1) Réalisation de l'automatisation des opérations

Nous implantons à distance le programme de contrôle intelligent dans l'ECMS. Étant donné que les unités MRC actuelles d'ABB ne supportent que le câblage rigide, pour réduire le coût de pose des câbles et des dispositifs de mesure et de commande supplémentaires, nous utilisons le commutateur industriel Wislink2000 dans l'ECMS pour communiquer avec les dispositifs de protection intégrés de la série WDZ - 5200 du même fabricant dans le tableau de distribution via RS485. Ensuite, les dispositifs de protection sont connectés aux unités MRC par câblage rigide. Finalement, les fonctions d'exploitation électrique des disjoncteurs/contacteurs et des interrupteurs de terre sont réalisées, simplifiant le lien de contrôle et améliorant l'efficacité opérationnelle.

(2) Surveillance de l'état et optimisation de l'exploitation et de la maintenance

Du côté de la surveillance de l'état, des dispositifs de détection intelligents pour la surveillance en ligne de la température et des caractéristiques mécaniques des disjoncteurs sont configurés, et des dispositifs de surveillance harmonique en ligne et des dispositifs de surveillance de l'isolation en ligne sont intégrés. S'appuyant sur le système local ABB MyRemoteCare, l'état de santé de l'équipement est évalué en temps réel, et la probabilité de panne de l'équipement est prédite. Grâce à cette méthode, l'exploitation et la maintenance de l'équipement passent du mode "maintenance préventive" au mode "gestion prédictive proactive", optimisant le mode d'exploitation et de maintenance, réduisant la probabilité de pannes de l'équipement et assurant le fonctionnement stable à long terme de l'unité.

3. Description des fonctions d'automatisation des opérations
(1) Mécanisme de protection à entraînement électrique total

L'interrupteur est équipé d'un dispositif de protection de moteur professionnel. Lorsque des conditions de travail anormales telles que le blocage se produisent, le courant de sortie du moteur augmente, déclenchant le programme de protection pour couper l'alimentation du moteur, verrouiller l'opération électrique et activer la lumière d'indication de protection avec un signal de défaut pour éviter des dommages mécaniques irréversibles.

Pour l'opération électrique du chariot de disjoncteur/contacteur et de l'interrupteur de terre, la conception est la suivante :

• Changement de position du chariot électrique: Un moteur d'entraînement est ajouté au châssis du chariot pour tracter le corps du chariot entre la position de travail et la position de test. Une unité de surveillance intelligente avec fonction anti-blocage est configurée pour éviter efficacement les erreurs de jugement des pannes mécaniques du chariot ; en cas de panne du moteur, il protège automatiquement le moteur et le mécanisme d'entraînement, avec la lumière d'indication de panne allumée et un signal d'alarme émis.

• Verrinage de l'interrupteur de terre: L'opération électrique de l'interrupteur de terre est verrouillée avec le chariot de disjoncteur/contacteur. Le mode d'opération entièrement électrique du chariot et de l'interrupteur de terre améliore considérablement l'efficacité opérationnelle et assure la sécurité de l'opérateur—les opérateurs n'ont plus besoin d'entrer dans la salle de commutation pour l'opération sur site, réduisant le temps d'attente pour le changement de charge et évitant les blessures personnelles dues aux pannes d'opération.

(2) Logique d'opération programmée

• Opération séquentielle à un bouton: Lorsqu'un ordre de fermeture du disjoncteur est reçu, le système ouvre automatiquement l'interrupteur de terre en premier, puis effectue le racking in du chariot du disjoncteur par voie électrique ; une fois le chariot en place, l'opération de fermeture peut être exécutée depuis le DCS (l'opération d'ouverture est inversée). Il prend en charge le basculement à distance du tableau de distribution parmi les états de maintenance de terre, de réserve froide, de réserve chaude et de fonctionnement pour réaliser un contrôle séquentiel.

• Exigences du mode d'opération: Équipé de dispositifs d'exploitation électrique pour les disjoncteurs/contacteurs et les interrupteurs de terre, ainsi que de dispositifs de surveillance visuelle en continu, pour réaliser une visualisation à distance des disjoncteurs et des interrupteurs de terre pour un suivi intuitif de l'état d'opération et de la gestion quotidienne des affaires. Il répond aux exigences de sécurité en matière d'exploitation et de maintenance, permettant un contrôle centralisé à distance ou local ; les opérations manuelles et électriques peuvent être librement basculées et verrouillées pour assurer la sécurité de l'opération.

4. Description des fonctions de surveillance de l'état
(1) Diagnostic en temps réel basé sur les variations de charge

Pour identifier rapidement les défauts et les dangers potentiels de l'équipement, émettre des alertes précoce, prévenir l'aggravation des problèmes et réduire la probabilité de coupures de courant inattendues, la technologie radiofréquence sans fil est adoptée pour collecter et surveiller en temps réel des paramètres tels que la montée en température des contacts de l'interrupteur/terminaisons de câble et l'asynchronisme des caractéristiques dynamiques de l'interrupteur. En outre, les enregistrements d'exploitation collectés par le système de surveillance et de diagnostic en ligne pendant l'exploitation à long terme fournissent une base fiable pour l'évaluation de la santé de l'équipement.

(2) Schéma de surveillance de la température en ligne pour le tableau de distribution

• Disposition de la mesure de température: 6 points pour les contacts mobiles du disjoncteur (contacts supérieurs et inférieurs) et 3 points pour le côté câble ; 3 points pour le côté branche de la barre supérieure, 3 points pour le bras de contact inférieur, et 3 points pour le côté câble du contacteur.

• Caractéristiques techniques: La mesure de température du disjoncteur adopte une conception intégrée pour éviter l'exposition sur le bras ou le doigt de contact ; tous les modules de mesure de température utilisent une communication radiofréquence sans fil autonome sans batterie. Lorsque les disjoncteurs/contacteurs sont remplacés, le dispositif de surveillance de la température en ligne peut rapidement identifier le nouvel équipement et s'apparier automatiquement avec lui pour assurer l'adéquation du tableau de distribution et du disjoncteur surveillé, ce qui est réalisé par l'adaptation automatique à l'unité de détection du cabinet sans intervention manuelle (c'est-à-dire sans remplacer les éléments de mesure de température).

(3) Logique de surveillance vidéo à distance

Un équipement de surveillance vidéo est configuré à l'intérieur du tableau de distribution pour transmettre à distance les images de surveillance, permettant aux utilisateurs de visualiser en temps réel l'état d'exploitation de l'équipement via l'ordinateur hôte et d'assurer le fonctionnement stable de l'équipement.

• Exigences techniques de la vidéo en ligne: Lorsqu'une opération d'équipement est sélectionnée dans le système d'exploitation (ECMS), le système visuel bascule automatiquement vers la vidéo de l'équipement opéré après l'émission de la commande, enregistrant l'ensemble du processus d'opération pour une observation directe et un jugement sur le bon déroulement et l'état de l'opération des disjoncteurs/contacteurs et des interrupteurs de terre, répondant aux exigences d'inspection à distance. La caméra est installée directement dans le compartiment haute tension, vérifiée pour la performance d'isolation et la compatibilité électromagnétique du tableau de distribution, et connectée au système de surveillance vidéo via Ethernet pour surveiller l'état des chariots de disjoncteurs/contacteurs, des volets du tableau de distribution et des interrupteurs de terre. Le terminal vidéo peut appeler les images de surveillance des parties correspondantes pour une inspection à distance sans personnel sur site. Lors de l'exploitation à distance du tableau de distribution, la caméra alimente automatiquement les images de surveillance vidéo par détection de mouvement, permettant aux opérateurs de surveiller en ligne le processus et l'état de l'opération électrique via l'ordinateur hôte, éliminant ainsi la confirmation fastidieuse sur site.

(4) Principe de la surveillance harmonique en ligne

Lorsque l'équipement électrique fonctionne dans des conditions anormales ou dégradées, il génère des harmoniques d'ordres différents. Le degré de dégradation de l'équipement est déterminé par le processus de calcul "contenu harmonique relatif → valeur indicatrice → valeur standard" : d'abord, le contenu harmonique relatif de chaque ordre de harmoniques de courant est divisé par la distorsion harmonique totale de courant de l'ordre prédéfini pour obtenir la valeur indicatrice ; ensuite, la fonction harmonique de chaque ordre formée par la valeur indicatrice est multipliée par la valeur calculée pour le diagnostic de chaque ordre dérivée du contenu harmonique relatif de chaque ordre pour obtenir la valeur standard ; enfin, la valeur indicatrice est comparée à la valeur standard pour déterminer le degré de dégradation de l'équipement.

• Composition du système: Composé d'un système de collecte de données (responsable de la collecte en ligne en temps réel des données d'harmoniques d'ordres élevés du moteur) et d'un système d'analyse de données (s'appuie sur un logiciel d'analyse pour l'analyse en temps réel des données d'harmoniques d'ordres élevés et l'alerte précoce de panne). L'ensemble du système utilise des capteurs de collecte d'harmoniques d'ordres élevés sans contact pour collecter en ligne les données d'exploitation de l'équipement, et détermine le degré de dégradation de l'équipement par une analyse globale des composants d'harmoniques d'ordres élevés et de leurs taux de contenu, fournissant une base pour la maintenance.

(5) Pratique de la surveillance en ligne de l'isolation des moteurs

Des tests d'isolation sont nécessaires pour déterminer l'état d'isolation des moteurs haute tension avant la transmission de puissance et pendant la mise en attente quotidienne, ce qui est un maillon clé de l'exploitation et de la maintenance de l'équipement et un moyen efficace d'assurer la sécurité du système. Pour répondre aux besoins réguliers de tests d'isolation des moteurs ouverts (comme les moteurs de pompes de circulation d'eau et de pompes d'alimentation en eau) et des moteurs en attente à long terme de l'unité, des dispositifs de surveillance en ligne de l'isolation ont été équipés dès le début. La méthode d'injection de haute tension continue est utilisée pour la mesure de l'isolation des câbles ou des bobinages de moteurs ; lorsque la ligne est hors tension, le dispositif de surveillance de l'isolation démarre automatiquement la surveillance de l'isolation du circuit d'alimentation, affichant en temps réel les valeurs d'isolation de l'équipement en attente pour faciliter l'exploitation et la maintenance quotidiennes.

5. Discussion sur les directions d'amélioration
(1) Gestion centralisée de l'alimentation de commande

Introduire des disjoncteurs miniatures intelligents commandés par ligne accessibles au DCS, ECMS ou NCS pour réaliser un contrôle centralisé de l'alimentation de commande. Collaborer avec les opérations de racking in/out et de commutation de l'équipement principal pour compléter le contrôle séquentiel en continu, s'intégrant profondément dans la gestion et l'optimisation de l'exploitation.

(2) Amélioration du système de surveillance de l'isolation

Ajouter des terminaux de surveillance en ligne de l'isolation des moteurs (supportant la surveillance du courant résiduel des circuits de moteurs lorsqu'ils sont sous tension) pour améliorer la surveillance en continu de la performance d'isolation de l'équipement en attente et en exploitation :

• Réduire la charge de travail des tests d'isolation réguliers et les risques d'exploitation ;

• Collaborer avec la surveillance harmonique et le MRC pour fournir une base pour la maintenance conditionnelle de l'équipement ;

• Les données d'isolation peuvent communiquer avec l'arrière-plan via des signaux RS 485 ou sortir des signaux d'alerte/alarme d'isolation/courant de fuite via un câblage rigide pour le verrouillage interconnecté automatique des chauffages électriques et des moteurs.

(3) Optimisation de l'intégration du système

Connecter tous les processus d'exploitation des interrupteurs intelligents au DCS hôte pour remplacer l'ECMS indépendant, réduire les coûts d'investissement, faciliter le contrôle et la gestion centralisés du DCS de l'équipement, optimiser et centraliser les travaux d'inspection, et réduire les ressources humaines.

6. Conclusion

Le tableau de distribution de 6 kV joue un rôle clé dans le système de puissance de la centrale, avec la surveillance de l'exploitation, la commutation de puissance, les tests d'isolation et la maintenance étant indispensables dans l'exploitation et la maintenance quotidiennes. Pour la construction de centrales électriques intelligentes, le tableau de distribution de 6 kV doit se concentrer sur l'assurance de la sécurité des personnes, le fonctionnement fiable de l'équipement, la réduction de l'intensité de travail et la maintenance conditionnelle, en optimisant continuellement le mode d'exploitation et de maintenance existant pour atteindre un fonctionnement plus sûr, plus efficace et économique.