Практика интеллектуальной модернизации коммутационного оборудования в 6-киловольтном рабочем участке электростанции

Из-за длительного срока службы и серьезного старения оборудования, выключатели в 6кВ рабочем участке блока 6 определенной электростанции имеют потенциальные риски безопасности, такие как деформированные позиционирующие штифты, аномальное положение заземляющих выключателей при закрытии, и неисправности защитных устройств. Эти риски угрожают стабильной работе блока, делая трансформацию крайне срочной. В то же время, учитывая недавние случаи поражения электрическим током, связанные со средненапряженными выключателями, мы решили использовать интеллектуальные распределительные устройства. Мы дистанционно внедряем интеллектуальную программу управления в существующую систему ECMS, настраиваем электрические приводы, визуальный мониторинг и системы онлайн-мониторинга для достижения однокнопочного управления и раннего предупреждения состояния, чтобы персонал мог находиться подальше от самого оборудования, обеспечивая безопасность операций.

1. Общие цели трансформации интеллектуальных распределительных устройств

Интеллектуальные распределительные устройства могут дистанционно контролировать электрические параметры традиционного оборудования через устройства управления, измерения и связи. Они используют электрические приводы для выполнения ввода/вывода автоматических выключателей и открытия/закрытия заземляющих выключателей, достигая интеллектуального управления. Эта трансформация сосредоточена на двух основных функциях: "автоматизация операций" и "контроль состояния". Она также интегрирует существующие онлайн-устройства для мониторинга гармоник и мониторинга изоляции двигателей, чтобы улучшить восприятие состояния оборудования. Для распространенных проблем, таких как перегрев кабельных концов, заедание механизмов, аномальные характеристики выключателей и низкая изоляция двигателей, реализованы раннее предупреждение и диагностика на основе данных онлайн-мониторинга, что обеспечивает надежную работу оборудования.

2. Схема трансформации интеллектуальных распределительных устройств
(1) Реализация автоматизации операций

Мы дистанционно внедряем интеллектуальную программу управления в ECMS. Учитывая, что существующие модули MRC ABB поддерживают только жесткое проводное соединение, чтобы снизить затраты на прокладку кабелей и дополнительные измерительные и управляющие устройства, мы используем промышленный коммутатор Wislink2000 в ECMS для общения с интегрированными защитными устройствами серии WDZ - 5200 того же производителя в распределительных устройствах посредством RS485. Затем защитные устройства подключаются к модулям MRC через жесткое проводное соединение. Наконец, реализуются электрические функции управления автоматическими выключателями/контакторами и заземляющими выключателями, упрощается управляющая цепь, повышается эффективность операций.

(2) Контроль состояния и оптимизация эксплуатации и обслуживания

На стороне контроля состояния, настраиваются интеллектуальные устройства для онлайн-мониторинга температуры и механических характеристик автоматических выключателей, а также интегрируются онлайн-устройства для мониторинга гармоник и изоляции. Опираясь на локальную систему ABB MyRemoteCare, в реальном времени оценивается состояние здоровья оборудования, и прогнозируется вероятность отказа оборудования. Этот метод способствует переходу эксплуатации и обслуживания от режима "предупредительного ремонта" к режиму "прогнозируемого управления", оптимизирует режим эксплуатации и обслуживания, снижает вероятность отказов оборудования и обеспечивает долгосрочную стабильную работу блока.

3. Описание функций автоматизации операций
(1) Полная электрическая система защиты двигателя

Выключатель оснащен профессиональным устройством защиты двигателя. При возникновении аномальных условий работы, таких как заедание, выходной ток двигателя увеличивается, что вызывает активацию программы защиты, отключение питания двигателя, блокировку электрической операции и включение индикатора защиты с сигналом неисправности, чтобы избежать необратимых механических повреждений.

Для электрической операции автоматического выключателя/контактора и заземляющего выключателя, дизайн следующий:

• Электрическое переключение тележки: к шасси тележки добавлен приводной двигатель для буксировки корпуса тележки между рабочим и испытательным положением. Конфигурируется интеллектуальная система мониторинга с функцией предотвращения заедания, чтобы эффективно избегать ошибочного определения механических неисправностей тележки; при возникновении неисправности двигателя он автоматически защищает двигатель и приводной механизм, срабатывает индикатор неисправности и подается сигнал тревоги.

• Замок заземляющего выключателя: электрическая операция заземляющего выключателя замкнута с автоматическим выключателем/контактором. Полностью электрический режим операции тележки и заземляющего выключателя значительно повышает эффективность операций и обеспечивает безопасность оператора — операторам больше не нужно входить в помещение выключателей для местной операции, сокращается время ожидания переключения нагрузки и избегаются травмы от неудачных операций.

(2) Логика программированной операции

• Однокнопочная последовательная операция: при получении команды на закрытие автоматического выключателя, система автоматически сначала открывает заземляющий выключатель, затем электрически вводит тележку автоматического выключателя; после того, как тележка заняла свое место, можно выполнить операцию закрытия из DCS (операция открытия выполняется в обратном порядке). Поддерживается дистанционное переключение распределительных устройств между состояниями заземления, холодного резерва, горячего резерва и работы для достижения последовательного управления.

• Требования к режиму операции: оснащены электрическими устройствами управления автоматическими выключателями/контакторами и заземляющими выключателями, а также устройствами визуального мониторинга всего процесса, чтобы достичь дистанционной визуализации автоматических выключателей и заземляющих выключателей для интуитивного отслеживания состояния операций и ежедневного управления бизнесом. Соответствуют требованиям безопасности эксплуатации и обслуживания, позволяют дистанционное или централизованное управление на месте; ручные и электрические операции могут свободно переключаться и взаимно блокироваться, чтобы обеспечить безопасность операций.

4. Описание функций мониторинга состояния
(1) Диагностика в реальном времени на основе изменений нагрузки

Для своевременного обнаружения потенциальных дефектов и скрытых опасностей оборудования, выдачи ранних предупреждений, предотвращения эскалации проблем и снижения вероятности неожиданных отключений электроэнергии, используется беспроводная радиочастотная технология для сбора и мониторинга в реальном времени параметров, таких как нагрев контактов/концевых выводов выключателей и динамическая асинхронность характеристик выключателей. В то же время, данные, собранные системой онлайн-мониторинга и диагностики во время длительной работы, предоставляют надежную основу для оценки здоровья оборудования.

(2) Схема онлайн-мониторинга температуры распределительных устройств

• Расположение датчиков температуры: 6 точек для движущихся контактов автоматического выключателя (верхние и нижние контакты) и 3 точки для стороны кабеля; 3 точки для верхней стороны разветвления шины, 3 точки для нижней контактной руки, и 3 точки для стороны кабеля контактора.

• Технические особенности: измерение температуры автоматического выключателя выполнено встроенным дизайном, чтобы избежать открытого расположения на контактной руке или пальце; все модули измерения температуры используют самопитающуюся беспроводную радиочастотную связь без батареи. При замене автоматических выключателей/контакторов, устройство онлайн-мониторинга температуры быстро идентифицирует новое оборудование и автоматически сопоставляет его, чтобы обеспечить соответствие мониторируемого распределительного устройства и автоматического выключателя, что реализуется автоматической адаптацией к блоку детекции шкафа без ручного вмешательства (то есть, без замены элементов измерения температуры).

(3) Логика дистанционного видеомониторинга

Внутри распределительных устройств установлено оборудование для видеомониторинга, которое позволяет дистанционно передавать изображения, чтобы пользователи могли в реальном времени наблюдать состояние работы оборудования через главный компьютер и обеспечивать стабильную работу оборудования.

• Технические требования к онлайн-видео: когда в системе управления (ECMS) выбирается операция оборудования, визуальная система автоматически переключается на видео выбранного оборудования после отправки команды, записывая весь процесс операции для прямого наблюдения и определения, находится ли процесс и состояние автоматических выключателей/контакторов и заземляющих выключателей на месте, и хороший ли контакт, удовлетворяя требованиям дистанционного осмотра. Камера установлена непосредственно в высоковольтном отсеке, проверена на изоляцию и электромагнитную совместимость распределительных устройств, и подключена к системе видеомониторинга через Ethernet для мониторинга состояния тележек автоматических выключателей/контакторов, шторок распределительных устройств и заземляющих выключателей. Видеотерминал может вызывать изображения соответствующих частей для дистанционного осмотра без присутствия персонала на месте. При дистанционной операции распределительных устройств, камера автоматически передает видеоизображения через детектор движения, позволяя операторам в реальном времени наблюдать процесс и состояние электрической операции через главный компьютер, устраняя необходимость трудоемкого местного подтверждения.

(4) Принцип онлайн-мониторинга гармоник

При работе электрического оборудования в аномальных или ухудшенных условиях генерируются высшие гармоники различных частот. Степень ухудшения оборудования определяется через процесс расчета "относительное содержание гармоник → показатель → стандартное значение": сначала относительное содержание гармоник каждого порядка делится на общее искажение гармоник тока предопределенного порядка, чтобы получить показатель; затем, функция гармоник каждого порядка, образованная показателем, умножается на вычисленное значение для диагностики каждого порядка, полученное из относительного содержания гармоник каждого порядка, чтобы получить стандартное значение; наконец, показатель сравнивается со стандартным значением, чтобы определить степень ухудшения оборудования.

• Состав системы: состоит из системы сбора данных (ответственной за реальное время онлайн-сбора данных о высших гармониках двигателей) и системы анализа данных (опирающейся на анализационное программное обеспечение для реального времени анализа данных о высших гармониках и раннего предупреждения неисправностей). Вся система использует бесконтактные датчики сбора высших гармоник для онлайн-сбора данных о работающем оборудовании, и определяет степень ухудшения оборудования через комплексный анализ компонентов высших гармоник и их процентного содержания, предоставляя основу для обслуживания.

(5) Практика онлайн-мониторинга изоляции двигателей

Для определения состояния изоляции высоковольтных двигателей до подачи электроэнергии и во время ежедневного резерва требуется тестирование изоляции, которое является ключевым этапом эксплуатации и обслуживания оборудования и эффективным средством обеспечения безопасности системы. Для регулярных потребностей в тестировании изоляции открытых двигателей (например, насосов циркуляционной воды и питательных насосов) и двигателей, находящихся в длительном резерве, были заранее установлены устройства онлайн-мониторинга изоляции. Метод введения постоянного высокого напряжения используется для измерения изоляции кабелей или обмоток двигателей; при отключении линии устройство мониторинга изоляции автоматически запускает мониторинг изоляции питающей цепи, отображая в реальном времени значения изоляции резервного оборудования, что облегчает ежедневную эксплуатацию и обслуживание.

5. Обсуждение направлений улучшения
(1) Централизованное управление питанием управления

Внедрите интеллектуальные миниатюрные автоматические выключатели с линейным управлением, доступные DCS, ECMS или NCS, для достижения централизованного управления питанием управления. Сотрудничайте с основным оборудованием для ввода/вывода и переключения операций, чтобы завершить полный процесс последовательного управления, глубоко интегрируясь в управление и оптимизацию операций.

(2) Улучшение системы мониторинга изоляции

Добавьте терминалы онлайн-мониторинга изоляции двигателей (поддерживающие мониторинг остаточного тока цепей двигателей при включенном питании) для улучшения полного процесса мониторинга изоляционных характеристик резервного и работающего оборудования:

• Снизить объем регулярных тестов изоляции и риски операций;

• Сотрудничать с мониторингом гармоник и MRC, чтобы предоставить основу для обслуживания оборудования по состоянию;

• Данные изоляции могут общаться с фоновым интерфейсом через сигналы RS 485 или выводить предупреждающие/сигналы тревоги об изоляции/токе утечки через жесткое проводное соединение для автоматического переключения и взаимной блокировки электрических нагревателей и двигателей.

(3) Оптимизация интеграции системы

Подключите все операции интеллектуальных выключателей к главному DCS, чтобы заменить автономную систему ECMS, снизить инвестиционные затраты, облегчить централизованное управление и контроль DCS над оборудованием, оптимизировать и централизовать инспекционные работы, снизить использование человеческих ресурсов.

6. Заключение

Распределительные устройства 6кВ играют ключевую роль в системе электроснабжения станции, с операционным мониторингом, переключением питания, тестированием изоляции и обслуживанием, которые являются неотъемлемыми в ежедневной эксплуатации и обслуживании. Для строительства умной электростанции, распределительные устройства 6кВ должны фокусироваться на обеспечении безопасности персонала, надежной работы оборудования, снижении трудоемкости и обслуживании по состоянию, постоянно оптимизируя существующий режим эксплуатации и обслуживания, чтобы достичь более безопасной, эффективной и экономичной работы.