Avaries comunes i tractaments dels sistemes d'automatització de subestacions
1. Classificació estructural dels sistemes d'automatització de subestacions
1.1 Estructura del sistema distribuït
L'estructura del sistema distribuït és una arquitectura tècnica que realitza la recopilació de dades i el control a través de la col·laboració de diversos dispositius i unitats de control descentralitzats. Aquest sistema està compost per diversos mòduls funcionals, inclosos els units de monitorització i emmagatzematge de dades. Aquests mòduls estan interconnectats a través d'una xarxa de comunicació fiable i realitzen les operacions d'automatització de la subestació segons la lògica i estratègies de control predefinides.
En una estructura distribuïda, cada unitat té capacitat de processament i funcions de presa de decisions independents, permetent el control automàtic i el diagnòstic de falles en una àrea local.
Alhora, aquestes unitats poden pujar dades a un sistema de control centralitzat en temps real, i la subestació pot ser gestionada de manera centralitzada a través d'una plataforma de monitorització remota. En comparació amb els sistemes de control centralitzats tradicionals, els sistemes distribuïts tenen una major flexibilitat i redundància, el que pot evitar eficientment l'impacte de les falles de punt únic i millorar la stabilitat i fiabilitat del sistema. L'estructura del sistema distribuït pot suportar funcions d'automatització més complexes, permetent que les subestacions reaccionin de manera flexible davant entorns de xarxa elèctrica complexos i assegurant la seguretat i estabilitat de l'abastament d'energia.
1.2 Estructura del sistema centralitzat
L'estructura del sistema centralitzat pren com a nucli una unitat de control central i gestiona i coordina l'operació de diversos dispositius a la subestació a través de funcions de processament i control de dades centralitzades. Aquesta estructura consta d'un sistema de control central i dispositius electrònics intel·ligents. El sistema de control central és responsable de rebre i processar les dades de diversos dispositius, i emitir ordres segons les estratègies de control per assolir un control i gestió unificats de diversos equips de la subestació.
En un sistema centralitzat, totes les funcions de monitorització i control es concentren en l'unitat de control central, i diversos dispositius a la subestació estan connectats a través d'una xarxa de comunicació d'alta velocitat. Tot i que aquesta estructura té una gran unitat i facilitat en la gestió i manteniment del sistema, ja que tots els processos de control i presa de decisions depenen d'un únic sistema de control central, si aquest sistema central falla, pot provocar la pèrdua de control o la interrupció de l'operació de tota la subestació, afectant la seguretat i fiabilitat del sistema elèctric.
1.3 Estructura del sistema jeràrquic
L'estructura del sistema jeràrquic és una arquitectura que divideix les funcions del sistema en diverses capes, amb cada capa responsable de tasques específiques. Aquesta estructura sol incloure quatre nivells principals: la capa de camp, la capa de control, la capa de monitorització i la capa de gestió. La trobada de dades i la coordinació de control són realitzades entre cada capa a través d'una xarxa de comunicació d'alta velocitat.La capa de camp està a la base del sistema i està principalment composta per dispositius intel·ligents i dispositius de protecció de relés a la subestació. La capa de camp és responsable de les operacions bàsiques com la recopilació de paràmetres elèctrics, la monitorització de l'estat de l'equipament i la realització de control automàtic local.
La capa de control es troba entre la capa de camp i la capa de monitorització i està principalment composta per unitats terminals remot (RTU) i controladors lògics programables (PLC). La capa de control és responsable d'obtenir dades de la capa de camp i controlar l'equipament de camp segons la lògica de control i les estratègies d'operació, així completant la planificació automàtica de l'equipament a la subestació.La capa de monitorització està en la part superior mitjana del sistema i sol estar composta per un sistema de supervisió, control i adquisició de dades (SCADA). La capa de monitorització és responsable del processament i emmagatzematge centralitzat de dades de la capa de control i la capa de camp, la monitorització en temps real de l'estat d'operació de la subestació i la provisió de funcions com alertes i gestió d'equips.
La capa de gestió està al top del sistema i és principalment responsable de la gestió integral i el suport a la presa de decisions de la subestació. La capa de gestió proporciona funcions com la monitorització general i la gestió de manteniment del sistema elèctric per assegurar l'operació coordinada de la subestació en tota la xarxa elèctrica.
2. Falles comunes en els sistemes d'automatització de subestacions
2.1 Falles de la xarxa de comunicació
La xarxa de comunicació del sistema d'automatització de la subestació joca un paper crucial en els sistemes elèctrics moderns, responsable de realitzar la transmissió de dades en temps real i la compartició d'informació entre diversos dispositius. No obstant això, les falles de la xarxa de comunicació poden afectar greument el control automàtic i la monitorització remota de les subestacions, conduint a una operació inestable del sistema elèctric.
El equipament de comunicació pot fallar degut a l'envejeciment o problemes de qualitat. Els danys als commutadors o routers poden impedir que les dades es transfereixin normalment, i la desconexió de les línies de transmissió pot portar a la interrupció de la comunicació. Els problemes de subministrament d'energia també són una causa important de falles de maquinari. Un subministrament d'energia inestable pot impedir que el equipament de comunicació funcioni correctament.
A la xarxa de comunicació de les subestacions, la interferència electromagnètica generada durant l'operació dels equips pot afectar la qualitat dels senyals de comunicació, especialment per als senyals de baixa freqüència o la comunicació sense fil. Els camps elèctrics i magnètics forts generats pels equips de alta tensió en el sistema elèctric també poden causar atenuació o distorsió dels senyals, afectant la fiabilitat de la transmissió de dades. L'atenuació del senyal en les línies de transmissió a llarga distància també és un problema comú, especialment quan s'utilitza la comunicació per cablà. El senyal es debilita gradualment durant la transmissió, el que pot impedir que el receptor rebi les dades de manera precisa.
2.2 Falles d'adquisició de dades
L'adquisició de dades en el sistema d'automatització de la subestació és la base per a realitzar la monitorització remota i la gestió de la programació. El sistema d'adquisició de dades és responsable d'obtenir dades en temps real de diversos dispositius a la subestació i transmetre-les al sistema de control central o al sistema SCADA. Si l'adquisició de dades falla, pot afectar l'operació normal de la subestació i fins i tot posar en risc la seguretat del sistema elèctric.
El sistema d'adquisició de dades depèn d'un gran nombre de dispositius de maquinari. Si aquests dispositius fallen, l'adquisició de dades no pot procedir normalment. Els danys o l'envejeciment dels sensors poden portar a mesures inexactes de paràmetres clau com la corrent o la temperatura. Les falles d'energia de les unitats terminals remotes (RTU) o els dispositius electrònics intel·ligents (IED) poden impedir que els dispositius s'iniciïn o facin que deixin de funcionar, així afectant la transmissió i l'adquisició de dades.
L'adquisició de dades depèn d'una xarxa de comunicació estable per transmetre dades des dels dispositius de camp al sistema de control central. Si la xarxa de comunicació falla, com ara la pèrdua de senyal o el retard en la transmissió de dades, això portarà a la falla de l'adquisició de dades. Problemes com les línies de comunicació dañades, l'equipament de commutació de xarxa defectuós o la incompatibilitat de protocols afectaran directament la fiabilitat i la naturalesa en temps real de la transmissió de dades.
Si els dispositius del sistema d'adquisició de dades no estan configurats o calibrats correctament, les dades recollides poden ser inexactes o perdudes. Si els dispositius no es configuren amb paràmetres segons les especificacions durant la instal·lació o no es recalibren regularment més endavant, també és fàcil que es produeixin errors en l'adquisició de dades. L'operació normal del sistema d'adquisició de dades depèn del suport de la plataforma de programari o programa corresponent. Si hi ha buides en el programari o incompatibilitat de versions, l'adquisició de dades pot no executar-se normalment.
2.3 Falles d'alarma falsa
En l'operació diària del sistema d'automatització de la subestació, es pot monitoritzar l'estat dels equips elèctrics en temps real i emitir senyals d'alarma per poder prendre mesures oportunes. No obstant això, les alarms falses són un dels tipus de falles comuns en els sistemes d'automatització. Les alarms falses no només poden afectar l'operació normal del personal, sinó que també poden portar a la pèrdua de recursos i a interferències innecessàries. En casos greus, fins i tot poden portar a respostes d'emergència inadequades.
La funció d'alarma del sistema d'automatització de la subestació sol depenir de llindars definits. Si aquests llindars estan definits massa sensibles o no concorden amb les condicions reals d'operació, poden produir-se alarms falses frequentment. Fluctuacions grans de tensió o canvis transitoris en l'equipament en determinades condicions d'operació poden ser confosos amb falles, activant les alarms. Per tant, l'establiment de llindars raonables és crucial per evitar les alarms falses.
Els errors operatius dels operadors també són una causa comuna d'alarms falses. Durant la configuració del sistema o la prova de l'equipament, els errors dels operadors poden portar a condicions d'alarma irrationals o activar alarms falses. Si els operadors no configuren el sistema segons les procedures d'operació estàndard o no recalibren els paràmetres d'alarma quan canvien l'equipament, l'estat de l'equipament pot no coincidir amb les condicions d'alarma, resultant en alarms falses.
3. Mesures per a tractar les falles comunes en els sistemes d'automatització de subestacions
3.1 Millorar el sistema de gestió d'equipament de maquinari
Establir un sistema de gestió d'equipament sólid és un prerequisit per prevenir les falles de maquinari. Les subestacions haurien de formular especificacions de gestió detallades per a tot el cicle de vida de l'equipament, incloent la contractació i el manteniment, per assegurar que cada peça d'equipament passi per una inspecció de qualitat estricta i acceptació abans de la instal·lació i compleixi els requisits tècnics quan es posa en funcionament. Alhora, per a diferents tipus d'equipament, s'haurien d'establir cicles de manteniment i estàndards d'inspecció especials, amb inspeccions regulars i actualitzacions per estendre la vida útil de l'equipament i reduir les falles causades per l'envejeciment o el deteriorament de l'equipament.
En segon lloc, les subestacions haurien de reforçar la monitorització i el registre de l'equipament durant l'operació. A través de la monitorització en temps real de l'equipament, es poden detectar d'una manera oportuna els perills de falles potencials. Utilitzar un sistema de monitorització en línia per monitoritzar continuament l'estat d'operació i els paràmetres clau com la corrent dels equips d'automatització de la subestació i transmetre les dades al sistema de monitorització central. Sobre aquesta base, realitzar diagnòstic de falles regulars, registrar dades detallades de l'operació de l'equipament, formar arxius històrics, així com realitzar prediccions i anàlisis de falles, identificar efectivament els canvis anòmals en l'equipament i prendre mesures preventives per prevenir les falles.
3.2 Treballs de manteniment i servei regulars
Els treballs de manteniment regulars haurien d'incloure el manteniment del sistema de programari de l'automatic system. La part central del sistema d'automatització és el sistema de monitorització per ordinador i el programari de control. La seva estabilitat d'operació afecta directament el nivell d'automatització i la capacitat de diagnòstic de falles de la subestació. Mantenir regularment el sistema de programari, incloent l'actualització i optimització del sistema operatiu i els algoritmes de control, per assegurar que el programari no experimenti "falles" o "crashes" quan tracti operacions complexes.També és crucial el treball de còpia de seguretat regular, ja que pot prevenir la parada del sistema a causa de danys al programa o pèrdua de dades. Per tant, les còpies de seguretat regulars del sistema i els exercicis de recuperació de dades formen part dels treballs de manteniment.
3.3 Implementar el mètode d'eliminació
Implementar el mètode d'eliminació requereix definir clarament els símptomes de la falla i fer registres detallats. Els operadors haurien de identificar ràpidament la manifestació de la falla basant-se en les alarms del sistema i el rendiment de l'equipament, i entendre la situació bàsica de la falla. Si el sistema experimenta pèrdua de dades o retards en la transmissió, els operadors haurien de revisar primer les connexions de comunicació de totes les parts del sistema per assegurar-se que el canal de transmissió de dades no estigui interromput. A través d'observacions minucioses, es poden excluir algunes causes obvies de falles, assegurant que la posterior cerca de falles sigui més orientada.
La implementació del mètode d'eliminació necessita seguir certs passos. Prenent com a exemple les falles d'adquisició de dades en el sistema d'automatització de la subestació, primer, revisar l'equip d'adquisició pròpi, com els sensors i transformadors, per confirmar l'estat d'operació d'aquests dispositius. Si l'equip d'adquisició està bé, aleshores revisar les connexions de comunicació i els protocols de transmissió de dades entre els dispositius. Si l'equipament de comunicació i les connexions de xarxa estan normals, aleshores revisar si les configuracions de programari del sistema d'automatització són correctes, i si hi ha configuracions anòmalas o errors de programa. Finalment, a través de l'eliminació pas a pas, es determina finalment la font de la falla. Aquest mètode redueix eficaçment l'àmbit de la cerca de falles, evitant la inspecció cega i la pèrdua de recursos.
4. Conclusió
En resum, el sistema d'automatització de la subestació implica un gran nombre de dispositius i tecnologies, amb una gran varietat de falles de sistema, i una complexitat elevada en la localització i gestió de falles. Alhora, durant l'operació del sistema d'automatització de la subestació, alguns dispositius poden fallar a causa de factors com l'envejeciment i els canvis en l'entorn extern. Si aquestes falles no es tracten de manera oportuna, poden portar a la destrucció de l'equipament i a la reducció de l'eficiència operativa del sistema, augmentant així els costos de manteniment i reparació. Per tant, són necessàries mesures com millorar el sistema de gestió d'equipament de maquinari, realitzar treballs de manteniment regulars i implementar el mètode d'eliminació per millorar la capacitat de detecció i prevenció de falles.
