Almindelige fejl og behandlinger af substation automationsystemer

1. Strukturklassificering af understationsautomatiseringssystemer
1.1 Fordelt systemstruktur

Den fordelt systemstruktur er en teknisk arkitektur, der realiserer dataindsamling og kontrol gennem samarbejdet mellem flere decentraliserede enheder og kontrolenheder. Dette system består af flere funktionsmoduler, herunder overvågnings- og datalagringsenheder. Disse moduler er forbundet via et pålideligt kommunikationsnetværk og udfører understationsautomatiseringsoperationer i overensstemmelse med forudindstillede kontrollogik og strategier.

I en fordelt struktur har hver enhed uafhængig bearbejdningsevne og beslutningsfunktioner, hvilket muliggør automatisk kontrol og fejlfindning inden for et lokalområde.

Samtidig kan disse enheder uploadere data til et centraliseret kontrolsystem i realtid, og understationen kan administreres centraliseret gennem et fjerntilsynsplatform. I forhold til traditionelle centraliserede kontrollsystmer har fordelte systemer højere fleksibilitet og redundans, hvilket effektivt kan undgå virkningen af enkelpunktfejl og forbedre systemets stabilitet og pålidelighed. Den fordelt systemstruktur kan understøtte mere komplekse automatiseringsfunktioner, hvilket gør, at understationer kan reagere fleksibelt over for komplekse kraftnetmiljøer og sikre sikkerhed og stabilitet i elleveringen.

1.2 Centraliseret systemstruktur

Den centraliserede systemstruktur tager en central kontrolenhed som kernen og administrerer og koordinerer drift af de forskellige enheder i understationen gennem centraliseret databehandling og kontrolfunktioner. Denne struktur består af et centraliseret kontrolsystem og intelligente elektroniske enheder. Det centraliserede kontrolsystem er ansvarlig for at modtage og behandle data fra de forskellige enheder og udstede kommandoer i overensstemmelse med kontrolstrategier for at opnå en forenet kontrol og administration af de forskellige understationsanlæg.

I et centraliseret system er alle overvågnings- og kontrolfunktioner koncentreret i den centrale kontrolenhed, og de forskellige enheder i understationen er forbundet via et hurtigt kommunikationsnetværk. Selvom denne struktur har høj enhed og bekvemmelighed i systemadministration og vedligeholdelse, da alle kontrol- og beslutningsprocesser afhænger af et enkelt centraliseret kontrolsystem, kan en fejl i det centrale system føre til tab af kontrol eller afbrydelse af drift af hele understationen, hvilket påvirker sikkerheden og pålideligheden af kraftsystemet.

1.3 Hierarkisk systemstruktur

Den hierarkiske systemstruktur er en arkitektur, der deler systemfunktioner op i flere lag, hvor hvert lag uafhængigt er ansvarligt for specifikke opgaver. Denne struktur omfatter typisk fire hovedlag: feltlag, kontrollag, overvågningslag og ledelseslag. Dataudveksling og kontrolkoordinering udføres mellem hvert lag gennem et hurtigt kommunikationsnetværk.Feltlaget er nederst i systemet og består hovedsageligt af intelligente enheder og relæbeskyttelsesenheder i understationen. Feltlaget er ansvarligt for grundlæggende operationer såsom indsamling af elektriske parametre, overvågning af anlægsstatus og udførelse af lokalt automatisk kontrol.

Kontrollaget er placeret mellem feltlaget og overvågningslaget og består hovedsageligt af fjerneterminalenheder og programmerbare logikkontroller. Kontrollaget er ansvarligt for at hente data fra feltlaget og kontrollere feltudstyr i henhold til kontrollogik og driftsstrategier, hvilket gør, at udstyr i understationen bliver automatiseret.Overvågningslaget er i øverste midterparti af systemet og består normalt af et overvågningskontrol- og dataindsamlings (SCADA) system. Overvågningslaget er ansvarligt for at centralisere behandling og lagring af data fra kontrol- og feltlag, overvåge driftsstatus for understationen i realtid og give funktioner som alarm og anlægsadministration.

Ledelseslaget er øverst i systemet og er hovedsageligt ansvarligt for den overordnede administration og beslutningsstøtte til understationen. Ledelseslaget giver funktioner som overordnet overvågning og vedligeholdelsesadministration af kraftsystemet for at sikre koordineret drift af understationen i hele kraftnettet.

2. Almindelige fejl i understationsautomatiseringssystemer
2.1 Kommunikationsnetværksfejl

Kommunikationsnetværket i understationsautomatiseringssystemet spiller en afgørende rolle i moderne kraftsystemer, der er ansvarlige for realtidsoverførsel af data og informationsdeling mellem de forskellige enheder. Men kommunikationsnetværksfejl kan alvorligt påvirke den automatiserede kontrol og fjerntilsyn med understationer, hvilket fører til ustabil drift af kraftsystemet.

Kommunikationsudstyr kan mislykkes på grund af aldring eller kvalitetsproblemer. Hardware-skade på switcher eller routere kan forhindre data i at blive videresendt normalt, og afbrydelse af transmissionslinjer kan føre til kommunikationsafbrydelse. Strømforsyningsspørgsmål er også en vigtig årsag til hardwarefejl. Ustabilt strømforsyning kan forhindre kommunikationsudstyr i at fungere korrekt.

I kommunikationsnetværket i understationer kan elektromagnetisk støj genereret under udstyrsdrift påvirke kvaliteten af kommunikationssignaler, især for lavfrekvenssignaler eller trådløs kommunikation. De stærke elektriske og magnetiske felter, der genereres af højspændingsudstyr i kraftsystemet, kan også forårsage signalnedtoning eller forvrængning, hvilket påvirker pålideligheden af dataoverførslen. Signalnedtoning i langdistancetransmissionslinjer er også et almindeligt problem, især når kabelforbindelse bruges. Signalet svækkes gradvist under overførsel, hvilket kan forhindre modtagelsen af præcise data.

2.2 Dataindsamlingsfejl

Dataindsamling i understationsautomatiseringssystemet er grundlaget for at realisere fjerntilsyn og dispatchingadministration. Dataindsamlingsystemet er ansvarligt for at hente realtidsdata fra de forskellige enheder i understationen og sende dem til det centrale kontrolsystem eller SCADA-system. Hvis dataindsamling mislykkes, kan det påvirke den normale drift af understationen og endda true sikkerheden af kraftsystemet.

Dataindsamlingsystemet afhænger af en stor mængde hardwareenheder. Hvis disse enheder mislykkes, kan dataindsamlingen ikke fortsætte normalt. Sensorbeskadigelse eller aldring kan føre til upræcis måling af nøgleparametre som strøm eller temperatur. Strømforsyningsspørgsmål vedrørende fjerneterminalenheder (RTU'er) eller intelligente elektroniske enheder (IED'er) kan forhindre enhederne i at starte eller få dem til at stoppe arbejdet, hvilket påvirker dataoverførsel og -indsamling.

Dataindsamling afhænger af et stabilt kommunikationsnetværk for at overføre data fra feltudstyr til det centrale kontrolsystem. Hvis kommunikationsnetværket mislykkes, som f.eks. signaltab eller dataoverførselsforsinkelse, vil det føre til, at dataindsamlingen mislykkes. Problemer som beskadigede kommunikationslinjer, defekte netværksvekslingsudstyr eller protokolinkompatibilitet vil direkte påvirke pålideligheden og realtidsnatur af dataoverførsel.

Hvis enhederne i dataindsamlingsystemet ikke er korrekt konfigureret eller kalibreret, kan de indsamlede data være upræcise eller tabt. Hvis enhederne ikke er konfigureret med parametre ifølge specifikationer under installation eller ikke regelmæssigt kalibreres senere, kan det også lette for dataindsamlingsfejl. Den normale drift af dataindsamlingsystemet afhænger af støtte fra det relevante softwareplatform eller program. Hvis der findes huller i softwaren eller versionsinkompatibilitet, kan dataindsamlingen ikke udføres normalt.

2.3 Falskalarmfejl

I den daglige drift af understationsautomatiseringssystemet kan det overvåge status for kraftudstyr i realtid og udsende alarmsignaler, så passende foranstaltninger kan træffes til tiden. Men falskalarm er en af de almindelige fejltyper i automatiseringssystemer. Falskalarm kan ikke kun påvirke den normale drift for personale, men også føre til ressourceoverskud og unødvendig forstyrrelse. I alvorlige tilfælde kan det endda føre til utilpasne nødinterventioner.

Alarmfunktionen i understationsautomatiseringssystemet afhænger normalt af indstillede grænser. Hvis disse grænser er indstillet for sensitivt eller ikke svarer til den faktiske driftsstatus, kan det føre til hyppige falskalarm. Store spændingsfluktuationer eller kortvarige ændringer i udstyr under visse driftsforhold kan blive taget for fejl, hvilket udløser alarmer. Derfor er en rimelig grænseindstilling afgørende for at undgå falskalarm.

Operatørers fejl er også en almindelig årsag til falskalarm. Under systemkonfiguration eller udstyrjustering kan operatørernes fejl føre til urimelige alarmforhold eller udløse falskalarm. Hvis operatørerne ikke konfigurerer systemet ifølge standard driftsprocedurer eller ikke genkalibrerer alarmparametre, når udstyr erstattes, kan udstyrsstatus ikke matche alarmforhold, hvilket resulterer i falskalarm.

3. Foranstaltninger til håndtering af almindelige fejl i understationsautomatiseringssystemer
3.1 Forbedring af hardwareudstyradministrativsystemet

Opbygning af et solidt udstyradministrativsystem er en forudsætning for at forhindre hardwarefejl. Understationer bør formulere detaljerede administrationsbestemmelser for udstyrets hele livscyklus, herunder indkøb og vedligeholdelse, for at sikre, at hvert enkelt udstyr udsættes for streng kvalitetskontrol og godkendelse inden installation og opfylder tekniske krav, når det sættes i drift. Samtidig bør der for forskellige typer udstyr sættes specifikke vedligeholdelsescykler og inspektionsstandarder, med regelmæssige inspektioner og opdateringer for at forlænge udstyrets levetid og reducere fejl, der skyldes udstyrsaldring eller skade. 

For det andet bør understationer styrke overvågning og registrering af udstyr under drift. Gennem reel-tids overvågning af udstyr kan potentielle fejlrisici blive opdaget til tiden. Brug et online overvågningsystem til at kontinuerligt overvåge driftsstatus og nøgleparametre som strøm for understationsautomatiseringsudstyr og sende data til det centrale overvågningsystem. På dette grundlag skal der udføres regelmæssig fejldiagnose, registrere detaljerede data om udstyrsdrift, danne historiske filer, således at fejlforudsigelse og -analyse kan udføres, effektivt identificere ualmindelige ændringer i udstyr, og træffe forebyggende foranstaltninger for at forhindre fejl.

3.2 Regelmæssig vedligeholdelse og servicearbejde
Regelmæssigt vedligeholdelsesarbejde bør inkludere vedligeholdelse af softwaren i automatiseringssystemet. Kernen i automatiseringssystemet er computerovervågningsystemet og kontrolsoftwaren. Stabiliteten i deres drift påvirker direkte automatiseringsniveauet og fejldiagnosekapaciteten i understationen. Vedligehold softwarensystem regelmæssigt, herunder opdatering og optimering af operativsystem og kontrolalgoritmer, for at sikre, at softwaren ikke oplever "fejl" eller "crash", når den håndterer komplekse operationer.Regelmæssig backup-arbejde er også afgørende, da det kan forhindre systemnedetid på grund af programskade eller datatab. Derfor er regelmæssige systembackups og datagenoprettelsesøvelser en del af vedligeholdelsesarbejdet.

3.3 Implementering af elimineringmetoden

Implementering af elimineringmetoden kræver klart definerede fejl symptomer og detaljerede optegnelser. Operatører bør hurtigt identificere fejlmanifestationen baseret på systemalarmer og udstyrsyde, og forstå den grundlæggende situation for fejlen. Hvis systemet oplever datatab eller overførselsforsinkelse, bør operatører først tjekke kommunikationsforbindelserne i alle dele af systemet for at sikre, at dataoverførselskanalen ikke er afbrudt. Gennem omhyggelig observation kan nogle åbenlyse fejlårsager udelukkes, hvilket sikrer, at efterfølgende fejlfinding er mere målrettet.

Implementering af elimineringmetoden skal følge visse trin. Tag dataindsamlingsfejl i understationsautomatiseringssystemet som eksempel. Først tjek acquisitionudstyr selv, som sensorer og transformatorer, for at bekræfte driftsstatus for disse enheder. Hvis acquisitionudstyret er okay, tjek derefter kommunikationsforbindelser og dataoverførselsprotokoller mellem enheder. Hvis kommunikationsudstyr og netværksforbindelser er normale, tjek så, om softwareindstillingerne for automatiseringssystemet er korrekte, og om der er ualmindelige konfigurationer eller programfejl. Til sidst, gennem trin-for-trin eliminering, fastslås fejlkilden endeligt. Denne metode effektivt formindsker området for fejlfinding, undgår blind inspektion og ressourceoverskud.

4. Konklusion

Sammenfattende involverer understationsautomatiseringssystemet en stor mængde udstyr og teknologier, med mange former for systemfejl, og høj kompleksitet i fejllokalisering og -håndtering. Samtidig kan nogle udstyr i understationsautomatiseringssystemet mislykkes på grund af faktorer som aldring og ændringer i det eksterne miljø under drift. Hvis disse fejl ikke håndteres til tiden, kan det føre til udstyrsbeskadigelse og reduceret systemdriftseffektivitet, hvilket øger vedligeholdelses- og reparationsomkostninger. Derfor er foranstaltninger som forbedring af hardwareudstyradministrativsystemet, udførelse af regulært vedligeholdelsesarbejde og implementering af elimineringmetoden nødvendige for at forbedre evnen til fejldetektion og -forebyggelse.