Практика інтелектуального модернізування комутаційного обладнання в робочому секції 6 кВ електростанції

Завдяки довгому терміну служби та значному вікуванню обладнання, вилючники у робочому розділі 6 кВ блоку 6 певної електростанції мають потенційні безпекові ризики, такі як деформовані позиційні штифти, аномальні положення заземлювальних вилючників та несправності захисних пристроїв. Ці ризики загрожують стабільній роботі блоку, що робить модернізацію надзвичайно гострою. З огляду на недавні випадки травмувань через удар струмом, пов'язані з середньовольтними вилючниками, було прийнято рішення використовувати інтелектуальні комутаційні пристрої. Ми віддалено вбудуємо програму інтелектуального контролю до існуючої системи ECMS, налаштуємо електричні механізми, візуальний моніторинг та системи онлайн-моніторингу, щоб досягти однокнопкового управління та раннього попередження про стан, віддаляючи персонал від самого обладнання та забезпечуючи безпеку операцій.

1. Загальні цілі трансформації інтелектуальних комутаційних пристроїв

Інтелектуальні комутаційні пристрої можуть віддалено моніторити електричні параметри традиційного обладнання за допомогою пристроїв контролю, вимірювання та зв'язку. Вони використовують електричні механізми для завдання/видалення автоматів та відкриття/закриття заземлювальних вилючників, реалізовуючи інтелектуальне управління. Ця трансформація зосереджується на двох основних функціях: "автоматизація операцій" та "моніторинг стану". Вона також інтегрує існуючі пристрої онлайн-моніторингу гармонік та онлайн-моніторингу ізоляції двигунів, щоб підвищити спроможність сприйняття стану обладнання. Для типових проблем, таких як перегрівання кінцевих частин кабелів, заклинивание механізмів, аномальні характеристики вилючників та низька ізоляція двигунів, реалізовано раннє попередження та діагностику на основі даних онлайн-моніторингу, що забезпечує підтримку надійної роботи обладнання.

2. Схема трансформації інтелектуальних комутаційних пристроїв
(1) Реалізація автоматизації операцій

Ми віддалено вбудуємо програму інтелектуального контролю до ECMS. враховуючи, що існуючі модулі MRC ABB підтримують лише жорстке проводження, щоб знизити витрати на прокладку кабелів та додаткові пристрої вимірювання та контролю, ми використовуємо промисловий комутатор Wislink2000 в ECMS для зв'язку з інтегрованими пристроями захисту WDZ - 5200 того ж виробника у комутаційних пристроях через RS485. Потім пристрої захисту підключаються до модулів MRC через жорстке проводження. Нарешті, реалізовуються електричні функції управління автоматами/контакторами та заземлювальними вилючниками, спрощуючи ланцюг контролю та покращуючи ефективність операцій.

(2) Моніторинг стану та оптимізація операційного та технічного обслуговування

З боку моніторингу стану, налаштовані інтелектуальні сенсорні пристрої для онлайн-моніторингу температури та механічних характеристик автоматів, а також інтегровані пристрої онлайн-моніторингу гармонік та онлайн-моніторингу ізоляції. На основі місцевої системи ABB MyRemoteCare в реальному часі оцінюється стан здоров'я обладнання, прогнозується ймовірність виникнення аварій. За допомогою цього методу операційне та технічне обслуговування переходить від режиму "профілактичного ремонту" до режиму "прогнозного управління", оптимізуючи режим обслуговування, зменшуючи ймовірність виникнення аварій та забезпечуючи тривалий стабільний робочий процес блоку.

3. Опис функцій автоматизації операцій
(1) Функція повного електричного приводу та захисту

У вилючнику встановлено професійний пристрій захисту двигуна. При виникненні аномальних робочих умов, таких як заклинивание, вихідний струм двигуна збільшується, запускаючи програму захисту, що відключає живлення двигуна, блокує електричне управління та активує світлодіодний індикатор захисту з сигналом аварії, щоб уникнути незворотного механічного пошкодження.

Для електричного управління автоматом/контактором та заземлювальним вилючником проектування виглядає наступним чином:

• Електричне переміщення контактної каретки: Додано двигун, який тягне корпус контактної каретки для переміщення між робочим та тестовим положеннями. Конфігуровано інтелектуальний модуль моніторингу з функцією захисту від заклинивания, що ефективно уникнути помилок визначення механічних аварій контактної каретки; при виникненні аварії двигуна автоматично захищається двигун та привід, світлодіодний індикатор аварії світиться, а сигнал тривоги відправляється.

• Замок заземлювального вилючника: Електричне управління заземлювального вилючника взаємопов'язане з автоматом/контактором. Повне електричне управління контактною кареткою та заземлювальним вилючником значно підвищує ефективність операцій та забезпечує безпеку операторів — операторам більше не потрібно входити до комутаційної камери для на місці управління, зменшуючи час очікування переключення навантаження та уникнути особистих травм через аварії управління.

(2) Програмована логіка управління

• Однокнопкове послідовне управління: При отриманні команди на замикання автомата система автоматично спочатку відкриває заземлювальний вилючник, потім електрично переміщує контактну каретку автомата; після встановлення контактної каретки можна виконати операцію замикання з DCS (операція відкриття виконується в зворотному порядку). Підтримується віддалене переключення комутаційного пристрою між станами заземлення, холодного резерву, теплого резерву та роботи для досягнення послідовного контролю.

• Вимоги до режиму управління: Обладнано електричними пристроями управління автоматами/контакторами та заземлювальними вилючниками, а також повним процесом візуальних пристроїв моніторингу, щоб досягти віддаленого візуального представлення автоматів та заземлювальних вилючників для直观的操作状态跟踪和日常业务管理。它满足安全运维要求，实现远程或本地集中控制；手动和电动操作可以自由切换并联锁，确保操作安全。

4. 状态监测功能描述
(1) 基于负载变化的实时诊断

为了及时识别潜在设备缺陷和隐患，发出预警，防止问题升级，降低意外停电概率，采用无线射频技术实时采集和监测开关触点/引线端子温升、开关动态特性不同步等参数。同时，在线监测与诊断系统在长期运行中收集的运行记录为设备健康评估提供了可靠依据。

(2) 开关柜在线温度监测方案

• 测温布点: 断路器动触头（上下触头）6个点，电缆侧3个点；上母线分支侧3个点，下触臂3个点，接触器电缆侧3个点。

• 技术特点: 断路器测温采用内置设计，避免在触臂或指头上外露；所有测温模块采用自供电无线射频通信，无需电池。当更换断路器/接触器时，在线温度监测装置能快速识别新设备并自动配对，确保被监测的开关柜和断路器匹配，通过自动适应机柜检测单元实现，无需人工干预（即无需更换测温元件）。

(3) 视频远程监控逻辑

在开关柜内配置视频监控设备，远程传输监控图像，用户可通过主机实时查看设备运行状态，确保设备稳定运行。

• 在线视频技术要求: 在操作系统（ECMS）中选择设备操作后，指令发出后视觉系统自动切换到被操作设备的视频，记录整个操作过程，直接观察判断断路器/接触器和接地开关的操作过程和状态是否到位、接触良好，满足远程巡检要求。摄像机直接安装在高压室，经过开关柜绝缘性能和电磁兼容性验证，通过以太网连接到视频监控系统，监控断路器/接触器手车、开关柜门板和接地开关的状态。视频终端可调用相应部位的监控图像进行远程巡检，无需现场人员。远程操作开关柜时，摄像机通过运动检测自动反馈视频监控图像，使操作人员通过主机在线监控电动操作过程和状态，省去繁琐的现场确认。

(4) 在线谐波监测原理

电气设备在异常或劣化状态下会产生不同频率的高次谐波。通过“相对谐波含量 → 指标值 → 标准值”的计算过程来确定设备的劣化程度：首先，将各次电流谐波的相对谐波含量除以预定次数电流谐波的总谐波失真得到指标值；然后，由指标值形成的各次谐波函数乘以各次诊断得出的相对谐波含量计算值，得到标准值；最后，将指标值与标准值对比，确定设备的劣化程度。

• 系统组成: 由数据采集系统（负责电机高次谐波数据的实时在线采集）和数据分析系统（依靠分析软件对高次谐波数据进行实时分析和故障预警）组成。整个系统采用非接触式高次谐波采集传感器在线采集运行设备数据，并通过综合分析高次谐波成分及其含量率来确定设备劣化程度，为维护提供依据。

(5) 电机绝缘在线监测实践

在送电前及日常备用期间需要进行绝缘测试，以确定高压电机的绝缘状况，这是设备运行维护的关键环节，也是确保系统安全的有效手段。对于机组中开式电机（如循环水泵电机、给水泵电机）及长期备用电机的定期绝缘测试需求，已提前配备了绝缘在线监测装置。采用直流高压注入法进行电缆或电机绕组的绝缘测量；线路停电时，绝缘监测装置自动启动馈线回路的绝缘监测，实时显示备用设备的绝缘值，便于日常运行维护。

5. 改进方向讨论
(1) 控制电源集中管理

引入可接入DCS、ECMS或NCS的线路可控智能微型断路器，实现控制电源的集中控制。配合主设备进出架和切换操作，完成全过程顺序控制，深度融入运行管理和优化。

(2) 绝缘监测系统改进

增加电机绝缘在线监测终端（支持电机带电时的剩余电流监测），完善备用和运行设备的全过程绝缘性能监测：

• 减少定期绝缘测试工作量和操作风险；

• 与谐波监测和MRC协同，为设备状态检修提供依据；

• 绝缘数据可通过RS 485信号与后台通信，或通过硬接线输出绝缘/泄漏电流预警/报警信号，实现电加热器和电机的自动切换联锁。

(3) 系统集成优化

将智能开关的所有操作过程连接到主机DCS，替代独立的ECMS，减少投资成本，便于集中DCS控制和管理设备，优化和集中检查工作，减少人力资源。

6. 结论

6kV开关柜在厂用电系统中起着关键作用，其运行监控、电源切换、绝缘测试和维护是日常运维不可或缺的部分。对于智能电厂建设，6kV开关柜必须注重保障人员安全、设备可靠运行、减轻劳动强度和状态检修，不断优化现有的运维模式，实现更安全、高效和经济的运行。