Faltas comúns e tratamentos nos sistemas de automatización de subestacións

1. Estructuración de sistemas de automatización de subestacións
1.1 Estructura de sistema distribuído

A estrutura de sistema distribuído é unha arquitectura técnica que realiza a recollida de datos e o control mediante o traballo colaborativo de múltiples dispositivos e unidades de control descentralizados. Este sistema está composto por múltiples módulos funcionais, incluíndo unidades de monitorización e almacenamento de datos. Estes módulos están interconectados a través dunha rede de comunicación fiable e realizan operacións de automatización de subestacións segundo lóxica e estratexias de control predefinidas.

Nunha estrutura distribuída, cada unidade ten capacidade de procesamento e funcións de toma de decisións independentes, permitindo o control automático e o diagnóstico de fallos nunha área local.

Ao mesmo tempo, estas unidades poden cargar datos en tempo real a un sistema de control centralizado, e a subestación pode ser xestionada de forma centralizada a través dunha plataforma de monitorización remota. En comparación cos sistemas de control centralizado tradicionais, os sistemas distribuídos teñen maior flexibilidade e redundancia, o que pode evitar eficazmente o impacto das falhas de punto único e mellorar a estabilidade e a fiabilidade do sistema. A estrutura de sistema distribuído pode soportar funcións de automatización máis complexas, permitindo que as subestacións respondan de forma flexible ante entornos complexos da rede eléctrica e asegurando a seguridade e a estabilidade do suministro de enerxía.

1.2 Estructura de sistema centralizado

A estrutura de sistema centralizado toma como núcleo unha unidade de control central e xestiona e coordina a operación de diversos dispositivos na subestación mediante funcións de procesamento e control de datos centralizados. Esta estrutura consta dun sistema de control central e dispositivos electrónicos inteligentes. O sistema de control central é responsable de recibir e procesar datos de diversos dispositivos, e emitir comandos segundo estratexias de control para lograr un control e xestión unificados de diversos equipos de subestación.

Nun sistema centralizado, todas as funcións de monitorización e control están concentradas na unidade de control central, e diversos dispositivos na subestación están conectados a través dunha rede de comunicación de alta velocidade. Aínda que esta estrutura ten unha gran unidade e comodidade na xestión e manutención do sistema, xa que todos os procesos de control e toma de decisións dependen dun único sistema de control central, se o sistema central falla, pode levar á perda de control ou interrupción da operación de toda a subestación, afectando así a seguridade e a fiabilidade do sistema eléctrico.

1.3 Estructura de sistema en capas

A estrutura de sistema en capas é unha arquitectura que divide as funcións do sistema en múltiples capas, con cada capa responsable de tarefas específicas. Esta estrutura xeralmente inclúe catro niveis principais: a capa de campo, a capa de control, a capa de monitorización e a capa de xestión. A intercambio de datos e a coordinación de control entre cada capa se realiza a través dunha rede de comunicación de alta velocidade.A capa de campo está na parte inferior do sistema e está principalmente composta por dispositivos inteligentes e dispositivos de protección relé na subestación. A capa de campo é responsable de operacións básicas como a recollida de parámetros eléctricos, a monitorización do estado dos equipos e a realización de control automático local.

A capa de control está situada entre a capa de campo e a capa de monitorización e está principalmente composta por unidades terminais remotas e controladores lóxicos programables. A capa de control é responsable de obter datos da capa de campo e controlar o equipo de campo segundo lóxica de control e estratexias de operación, completando así a programación automatizada do equipo na subestación.A capa de monitorización está na parte superior media do sistema e xeralmente está composta por un sistema de supervisión, control e adquisición de datos (SCADA). A capa de monitorización é responsable de procesar e almacenar de forma centralizada datos da capa de control e de campo, monitorizar o estado de operación da subestación en tempo real e proporcionar funcións como alarmas e xestión de equipos.

A capa de xestión está na parte superior do sistema y es fundamentalmente responsable da xestión integral e apoio a toma de decisións da subestación. A capa de xestión ofrece funcións como a monitorización global e a xestión de manutención do sistema eléctrico para garantizar a operación coordenada da subestación na rede eléctrica completa.

2. Fallos comúns nos sistemas de automatización de subestacións
2.1 Fallos na rede de comunicación

A rede de comunicación do sistema de automatización de subestacións desempeña un papel crucial nos sistemas eléctricos modernos, encargándose de realizar a transmisión de datos en tempo real e a compartición de información entre diversos dispositivos. No entanto, os fallos na rede de comunicación poden afectar seriamente ao control automático e á monitorización remota das subestacións, levando a unha operación inestable do sistema eléctrico.

O equipamento de comunicación pode fallar debido ao envellecemento ou problemas de calidade. Os danos no hardware de switches ou routers poden impedir que os datos se reenvíen normalmente, e a desconexión das liñas de transmisión pode provocar interrupcións de comunicación. Os problemas de alimentación eléctrica tamén son unha causa importante de fallos de hardware. Unha alimentación inestable pode impedir que o equipamento de comunicación funcione correctamente.

Na rede de comunicación das subestacións, a interferencia electromagnética xerada durante a operación do equipamento pode afectar á calidade das señales de comunicación, especialmente para señales de baixa frecuencia ou comunicación inalámbrica. Os fortes campos eléctricos e magnéticos xerados polo equipamento de alta tensión no sistema eléctrico tamén poden causar atenuación ou distorsión de señales, afectando a fiabilidade da transmisión de datos. A atenuación de señales nas liñas de transmisión de longa distancia tamén é un problema común, especialmente cando se utiliza comunicación por cable. A sinal debilitase gradualmente durante a transmisión, o que pode impedir que o extremo receptor reciba os datos de forma precisa.

2.2 Fallos na adquisición de datos

A adquisición de datos no sistema de automatización de subestacións é a base para a realización da monitorización remota e a xestión de despacho. O sistema de adquisición de datos é responsável de obter datos en tempo real de diversos dispositivos na subestación e transmitilos ao sistema de control central ou SCADA. Se a adquisición de datos falla, pode afectar á operación normal da subestación e incluso poner en risco a seguridade do sistema eléctrico.

O sistema de adquisición de datos depende dun gran número de dispositivos de hardware. Se estes dispositivos fallan, a adquisición de datos non pode proceder normalmente. O dano ou envellecemento de sensores pode levar a unha medida incorrecta de parámetros clave como a corrente ou a temperatura. As fallos de alimentación de unidades terminais remotas (RTUs) ou dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs) poden impedir que os dispositivos arranquen ou caisen, afectando así a transmisión e adquisición de datos.

A adquisición de datos depende dunha rede de comunicación estable para transmitir datos desde dispositivos de campo ao sistema de control central. Se a rede de comunicación falla, como a perda de señal ou a demora na transmisión de datos, levará á fallo na adquisición de datos. Problemas como liñas de comunicación danadas, equipamento de conmutación de rede defectuoso ou incompatibilidade de protocolos afectarán directamente a fiabilidade e a natureza en tempo real da transmisión de datos.

Se os dispositivos no sistema de adquisición de datos non están configurados ou calibrados correctamente, os datos recolectados poden ser incorrectos ou perdidos. Se os dispositivos non están configurados con parámetros según especificaciones durante a instalación ou non se calibran regularmente posteriormente, tamén é fácil que cause erros de adquisición de datos. A operación normal do sistema de adquisición de datos depende do soporte da plataforma de software correspondiente ou programa. Se hai brechas no software ou incompatibilidad de versión, a adquisición de datos pode non ejecutarse normalmente.

2.3 Fallos de alarmas falsas

Na operación diaria do sistema de automatización de subestacións, pode monitorizar o estado do equipamento eléctrico en tempo real e emitir señales de alarma para que se tomen medidas oportunas. No entanto, as alarmas falsas son un tipo común de fallos en sistemas de automatización. As alarmas falsas non só poden afectar á operación normal do personal, senón que tamén poden levar ao desperdicio de recursos e a interferencias innecesarias. En casos graves, incluso poden levar a respostas de emergencia inapropiadas.

A función de alarma do sistema de automatización de subestacións xeralmente depende de umbrais definidos. Se estos umbrais están definidos demasiado sensibles ou non concordan coas condicións de operación reais, poden producirse alarmas falsas frecuentes. Grandes fluctuacións de voltaxe ou cambios transitórios no equipamento en determinadas condicións de operación poden confundirse con fallos, activando as alarmas. Polo tanto, unha configuración adecuada dos umbrais é crucial para evitar alarmas falsas.

Os erros de operación por parte dos operadores tamén son unha causa común de alarmas falsas. Durante a configuración do sistema ou a depuración do equipamento, os erros dos operadores poden levar a condicións de alarma irracionais ou activar alarmas falsas. Se os operadores non configuran o sistema segundo os procedimientos de operación estándar ou non recalibran os parámetros de alarma cando se substitúe o equipamento, o estado do equipamento pode non coincidir coas condicións de alarma, resultando en alarmas falsas.

3. Medidas para o manejo de fallos comúns nos sistemas de automatización de subestacións
3.1 Melhorar o sistema de xestión de equipamentos de hardware

Estabelecer un sistema de xestión de equipamentos sólido é un prerequisito para prevenir fallos de hardware. As subestacións deben formular especificacións de xestión detalladas para todo o ciclo de vida do equipamento, incluíndo a adquisición e a manutención, para asegurar que cada peza de equipamento pase por unha inspección de calidade e aceptación estrita antes da instalación e cumpra con os requisitos técnicos ao entrar en uso. Ao mesmo tempo, para diferentes tipos de equipamento, deben establecerse ciclos de manutención especiais e estándares de inspección, con inspeccións regulares e actualizacións para prolongar a vida útil do equipamento e reducir fallos causados polo envellecemento ou dano do equipamento. 

En segundo lugar, as subestacións deben fortalecer a monitorización e o rexistro do equipamento durante a operación. Através da monitorización en tempo real do equipamento, poden detectarse oportunamente potenciais peligros de fallos. Utilice un sistema de monitorización en liña para controlar continuamente o estado de operación e parámetros clave como a corrente do equipamento de automatización de subestacións e transmita os datos ao sistema de monitorización central. Sobre esta base, realice diagnósticos de fallos regulares, registe datos detallados da operación do equipamento, forme archivos históricos, para realizar prediccións e análise de fallos, identificar eficazmente cambios anómalos no equipamento e tomar medidas preventivas para evitar fallos.

3.2 Trabalho de manutención e servizo regular
O traballo de manutención regular debe incluir a manutención do sistema de software do sistema de automatización. A parte central do sistema de automatización é o sistema de monitorización por ordenador e o software de control. A estabilidade da súa operación afecta directamente ao nivel de automatización e á capacidade de diagnóstico de fallos da subestación. Mantenha regularmente o sistema de software, incluíndo a actualización e optimización do sistema operativo e algoritmos de control, para asegurar que o software non experimente "fallos" ou "bloqueos" ao tratar operaciones complexas.O traballo de copia de seguridade regular tamén é crucial, xa que pode evitar interrupcións do sistema debido a danos no programa ou perda de datos. Polo tanto, as copias de seguridade regulares do sistema e os simulacros de recuperación de datos son parte do traballo de manutención.

3.3 Implementar o método de eliminación

Implementar o método de eliminación require definir claramente os síntomas do fallo e facer rexistros detallados. Os operadores deben identificar rapidamente a manifestación do fallo baseándose en alarmas do sistema e no rendemento do equipamento, e entender a situación básica do fallo. Se o sistema experimenta perda de datos ou retardo na transmisión, os operadores deben primeiro verificar as ligazóns de comunicación de todas as partes do sistema para asegurar que o canal de transmisión de datos non está interrompido. A través da observación cuidadosa, poden descartarse algúns motivos de fallos evidentes, asegurando que a resolución de fallos subsecuente sexa máis direcionada.

A implementación do método de eliminación debe seguir certos pasos. Tomando como exemplo os fallos de adquisición de datos no sistema de automatización de subestacións. Primeiro, verifique o propio equipo de adquisición, como sensores e transformadores, para confirmar o estado de funcionamento destes dispositivos. Se o equipo de adquisición está ben, verifique as conexións de comunicación e os protocolos de transmisión de datos entre dispositivos. Se o equipamento de comunicación e as conexións de rede están normais, entón verifique se a configuración de software do sistema de automatización é correcta, e se hai configuracións anómalas ou erros de programa. Finalmente, a través da eliminación paso a paso, determina-se finalmente a fonte do fallo. Este método efectivamente reduce o alcance da resolución de fallos, evitando inspeccións cegas e o desperdicio de recursos.

4. Conclusión

En resumo, o sistema de automatización de subestacións implica un gran número de dispositivos e tecnoloxías, con unha amplia variedade de fallos de sistema, e unha alta complexidade na localización e manejo de fallos. Ao mesmo tempo, durante a operación do sistema de automatización de subestacións, algunhas unidades poden fallar debido a factores como o envellecemento e os cambios no ambiente externo. Se estes fallos non se manexan de forma oportuna, pode levar ao dano do equipamento e a unha menor eficiencia de operación do sistema, aumentando así os custos de manutención e reparación. Polo tanto, son necesarias medidas como mellorar o sistema de xestión de equipamentos de hardware, realizar traballo de manutención regular e implementar o método de eliminación para mellorar a capacidade de detección e prevención de fallos.