Malfunzionamenti Comuni e Trattamenti dei Sistemi di Automazione delle Sottostazioni
1. Classificazione strutturale dei sistemi di automazione delle sottostazioni
1.1 Struttura del sistema distribuito
La struttura del sistema distribuito è un'architettura tecnica che realizza la raccolta dei dati e il controllo attraverso il lavoro collaborativo di più dispositivi e unità di controllo decentralizzati. Questo sistema è composto da diversi moduli funzionali, tra cui unità di monitoraggio e archiviazione dei dati. Questi moduli sono interconnessi attraverso una rete di comunicazione affidabile e realizzano le operazioni di automazione della sottostazione in base alla logica e alle strategie di controllo predefinite.
In una struttura distribuita, ogni unità ha potenza di elaborazione e funzioni decisionali indipendenti, consentendo il controllo automatico e la diagnosi dei guasti all'interno di un'area locale.
Contemporaneamente, queste unità possono inviare i dati in tempo reale a un sistema di controllo centralizzato, e la sottostazione può essere gestita in modo centralizzato attraverso una piattaforma di monitoraggio remoto. A confronto con i tradizionali sistemi di controllo centralizzato, i sistemi distribuiti hanno una maggiore flessibilità e ridondanza, che possono evitare efficacemente l'impatto dei guasti a singolo punto e migliorare la stabilità e l'affidabilità del sistema. La struttura del sistema distribuito può supportare funzioni di automazione più complesse, consentendo alle sottostazioni di rispondere in modo flessibile di fronte a ambienti complessi della rete elettrica e garantendo la sicurezza e la stabilità dell'approvvigionamento elettrico.
1.2 Struttura del sistema centralizzato
La struttura del sistema centralizzato prende come nucleo un'unità di controllo centrale e gestisce e coordina l'operazione dei vari dispositivi nella sottostazione attraverso funzioni centralizzate di elaborazione e controllo dei dati. Questa struttura è composta da un sistema di controllo centrale e da dispositivi elettronici intelligenti. Il sistema di controllo centrale è responsabile per la ricezione e l'elaborazione dei dati provenienti dai vari dispositivi e per l'emissione di comandi in base alle strategie di controllo per realizzare il controllo e la gestione unificata dei vari dispositivi della sottostazione.
In un sistema centralizzato, tutte le funzioni di monitoraggio e controllo sono concentrate nell'unità di controllo centrale, e i vari dispositivi nella sottostazione sono collegati attraverso una rete di comunicazione ad alta velocità. Anche se questa struttura ha un'elevata unità e convenienza nella gestione e manutenzione del sistema, poiché tutti i processi di controllo e decisione dipendono da un singolo sistema di controllo centrale, in caso di guasto del sistema centrale, ciò potrebbe portare alla perdita di controllo o all'interruzione dell'operazione di tutta la sottostazione, influenzando così la sicurezza e l'affidabilità del sistema elettrico.
1.3 Struttura del sistema gerarchico
La struttura del sistema gerarchico è un'architettura che suddivide le funzioni del sistema in più livelli, con ciascun livello responsabile di specifiche attività. Questa struttura include tipicamente quattro livelli principali: il livello di campo, il livello di controllo, il livello di monitoraggio e il livello di gestione. Lo scambio di dati e la coordinazione del controllo vengono eseguiti tra ciascun livello attraverso una rete di comunicazione ad alta velocità.Il livello di campo si trova nella parte inferiore del sistema ed è principalmente composto da dispositivi intelligenti e dispositivi di protezione relè nella sottostazione. Il livello di campo è responsabile per operazioni di base come la raccolta di parametri elettrici, il monitoraggio dello stato dei dispositivi e l'esecuzione del controllo automatico locale.
Il livello di controllo si trova tra il livello di campo e il livello di monitoraggio ed è principalmente composto da unità terminali remote e controller logici programmabili. Il livello di controllo è responsabile per ottenere i dati dal livello di campo e controllare i dispositivi di campo in base alla logica e alle strategie operative, completando così la pianificazione automatica dei dispositivi nella sottostazione.Il livello di monitoraggio si trova nella parte superiore media del sistema e solitamente è composto da un sistema di acquisizione e controllo supervisori (SCADA). Il livello di monitoraggio è responsabile per l'elaborazione e lo stoccaggio centralizzato dei dati provenienti dai livelli di controllo e di campo, monitorando in tempo reale lo stato di operazione della sottostazione e fornendo funzioni come allarmi e gestione dei dispositivi.
Il livello di gestione si trova in cima al sistema ed è principalmente responsabile per la gestione complessiva e il supporto decisionale della sottostazione. Il livello di gestione fornisce funzioni come il monitoraggio generale e la gestione manutentiva del sistema elettrico per assicurare l'operazione coordinata della sottostazione all'interno dell'intera rete elettrica.
2. Guasti comuni nei sistemi di automazione delle sottostazioni
2.1 Guasti della rete di comunicazione
La rete di comunicazione del sistema di automazione della sottostazione svolge un ruolo cruciale nei moderni sistemi elettrici, responsabile per la trasmissione e la condivisione di dati in tempo reale tra i vari dispositivi. Tuttavia, i guasti della rete di comunicazione possono influire seriamente sul controllo automatico e sul monitoraggio remoto delle sottostazioni, portando a un'operazione instabile del sistema elettrico.
L'equipaggiamento di comunicazione può guastarsi a causa dell'invecchiamento o di problemi di qualità. I danni hardware a switch o router possono impedire la normalizzazione della forza dei dati, e la disconnessione delle linee di trasmissione può portare all'interruzione della comunicazione. I problemi di alimentazione elettrica sono anche una causa importante dei guasti hardware. Un'instabilità dell'alimentazione elettrica può impedire all'equipaggiamento di comunicazione di funzionare correttamente.
Nella rete di comunicazione delle sottostazioni, l'interferenza elettromagnetica generata durante l'operazione dell'equipaggiamento può influire sulla qualità dei segnali di comunicazione, specialmente per i segnali a bassa frequenza o per la comunicazione wireless. I forti campi elettrici e magnetici generati dall'equipaggiamento ad alta tensione nel sistema elettrico possono anche causare l'attenuazione o la distorsione dei segnali, influendo sulla affidabilità della trasmissione dei dati. L'attenuazione del segnale nelle linee di trasmissione a lunga distanza è anche un problema comune, specialmente quando si utilizza la comunicazione via cavo. Il segnale si indebolisce gradualmente durante la trasmissione, il che può impedire al ricevitore di ricevere accuratamente i dati.
2.2 Guasti di acquisizione dei dati
L'acquisizione dei dati nel sistema di automazione della sottostazione è la base per la realizzazione del monitoraggio remoto e della gestione della distribuzione. Il sistema di acquisizione dei dati è responsabile per l'ottenimento di dati in tempo reale dai vari dispositivi nella sottostazione e per la loro trasmissione al sistema di controllo centrale o al sistema SCADA. Se l'acquisizione dei dati fallisce, ciò può influire sull'operazione normale della sottostazione e persino mettere a rischio la sicurezza del sistema elettrico.
Il sistema di acquisizione dei dati si basa su un gran numero di dispositivi hardware. Se questi dispositivi guastano, l'acquisizione dei dati non può procedere normalmente. Il danno o l'invecchiamento dei sensori può portare a misurazioni imprecise di parametri chiave come la corrente o la temperatura. I guasti di alimentazione delle unità terminali remote (RTU) o dei dispositivi elettronici intelligenti (IED) possono impedire ai dispositivi di avviarsi o causare il loro arresto, influendo così sulla trasmissione e sull'acquisizione dei dati.
L'acquisizione dei dati dipende da una rete di comunicazione stabile per la trasmissione dei dati dai dispositivi di campo al sistema di controllo centrale. Se la rete di comunicazione guasta, come la perdita di segnale o il ritardo nella trasmissione dei dati, ciò porterà al fallimento dell'acquisizione dei dati. Problemi come linee di comunicazione danneggiate, equipaggiamento di commutazione di rete difettoso o incompatibilità del protocollo influiranno direttamente sulla affidabilità e sulla natura in tempo reale della trasmissione dei dati.
Se i dispositivi del sistema di acquisizione dei dati non sono configurati o tarati correttamente, i dati raccolti possono essere imprecisi o persi. Se i dispositivi non sono configurati con i parametri secondo le specifiche durante l'installazione o non vengono tarati regolarmente successivamente, è facile che si verifichino errori nell'acquisizione dei dati. L'operazione normale del sistema di acquisizione dei dati dipende dal supporto della piattaforma software o del programma corrispondente. Se ci sono buchi nel software o incompatibilità di versione, l'acquisizione dei dati potrebbe non essere eseguita normalmente.
2.3 Guasti di falsi allarmi
Nell'operazione quotidiana del sistema di automazione della sottostazione, esso può monitorare in tempo reale lo stato degli equipaggiamenti elettrici e inviare segnali di allarme affinché possano essere prese misure tempestive. Tuttavia, i falsi allarmi sono uno dei tipi di guasti comuni nei sistemi di automazione. I falsi allarmi possono non solo influire sull'operazione normale del personale, ma anche portare a sprechi di risorse e interferenze inutili. In casi gravi, possono addirittura portare a risposte di emergenza inappropriate.
La funzione di allarme del sistema di automazione della sottostazione solitamente dipende da soglie impostate. Se queste soglie sono impostate troppo sensibilmente o non corrispondono alle condizioni operative effettive, possono verificarsi frequenti falsi allarmi. Grandi fluttuazioni di tensione o cambiamenti transitori negli equipaggiamenti in determinate condizioni operative possono essere erroneamente interpretati come guasti, attivando gli allarmi. Pertanto, l'impostazione ragionevole delle soglie è cruciale per evitare i falsi allarmi.
Gli errori operativi degli operatori sono anche una causa comune di falsi allarmi. Durante la configurazione del sistema o la messa a punto dell'equipaggiamento, gli errori degli operatori possono portare a condizioni di allarme irragionevoli o attivare falsi allarmi. Se gli operatori non configurano il sistema secondo le procedure operative standard o non ricalibrano i parametri di allarme quando sostituiscono l'equipaggiamento, lo stato dell'equipaggiamento potrebbe non corrispondere alle condizioni di allarme, risultando in falsi allarmi.
3. Misure per la gestione dei guasti comuni nei sistemi di automazione delle sottostazioni
3.1 Miglioramento del sistema di gestione degli equipaggiamenti hardware
Stabilire un sistema di gestione degli equipaggiamenti ben organizzato è una premessa per prevenire i guasti hardware. Le sottostazioni dovrebbero formulare specifiche dettagliate di gestione per l'intero ciclo di vita degli equipaggiamenti, inclusi l'acquisto e la manutenzione, per assicurare che ogni pezzo di equipaggiamento subisca un rigoroso controllo di qualità e accettazione prima dell'installazione e soddisfi i requisiti tecnici quando viene messo in servizio. Allo stesso tempo, per diversi tipi di equipaggiamenti, dovrebbero essere stabilite cicli di manutenzione specifici e standard di ispezione, con ispezioni e aggiornamenti regolari per prolungare la vita utile degli equipaggiamenti e ridurre i guasti causati dall'invecchiamento o dal danno agli equipaggiamenti.
In secondo luogo, le sottostazioni dovrebbero intensificare il monitoraggio e la registrazione degli equipaggiamenti durante l'operazione. Attraverso il monitoraggio in tempo reale degli equipaggiamenti, si possono individuare tempestivamente i pericoli potenziali di guasto. Utilizzare un sistema di monitoraggio online per monitorare continuamente lo stato di operazione e i parametri chiave come la corrente degli equipaggiamenti di automazione della sottostazione e trasmettere i dati al sistema di monitoraggio centrale. Su questa base, effettuare regolarmente la diagnosi dei guasti, registrare i dati dettagliati dell'operazione degli equipaggiamenti, formare file storici, al fine di effettuare previsioni e analisi dei guasti, identificare efficacemente i cambiamenti anomali degli equipaggiamenti e adottare misure preventive per prevenire i guasti.
3.2 Manutenzione e assistenza regolari
Il lavoro di manutenzione regolare dovrebbe includere la manutenzione del sistema software del sistema di automazione. La parte centrale del sistema di automazione è il sistema di monitoraggio computerizzato e il software di controllo. La stabilità del loro funzionamento influenza direttamente il livello di automazione e la capacità di diagnosi dei guasti della sottostazione. Mantenere regolarmente il sistema software, inclusi l'aggiornamento e l'ottimizzazione del sistema operativo e degli algoritmi di controllo, per assicurare che il software non "fallisca" o "si blocchi" durante l'elaborazione di operazioni complesse.Il lavoro di backup regolare è altrettanto cruciale, poiché può prevenire il downtime del sistema a causa del danno al programma o della perdita di dati. Pertanto, il backup regolare del sistema e le esercitazioni di recupero dei dati fanno parte del lavoro di manutenzione.
3.3 Implementazione del metodo di eliminazione
L'implementazione del metodo di eliminazione richiede una definizione chiara dei sintomi del guasto e una registrazione dettagliata. Gli operatori dovrebbero identificare rapidamente la manifestazione del guasto in base agli allarmi del sistema e alle prestazioni dell'equipaggiamento, e comprendere la situazione di base del guasto. Se il sistema presenta perdita di dati o ritardo nella trasmissione, gli operatori dovrebbero prima controllare i collegamenti di comunicazione di tutte le parti del sistema per assicurare che il canale di trasmissione dei dati non sia interrotto. Attraverso un'osservazione accurata, alcune cause evidenti di guasto possono essere eliminate, assicurando che la successiva ricerca del guasto sia più mirata.
L'implementazione del metodo di eliminazione deve seguire certi passaggi. Prendendo come esempio i guasti di acquisizione dei dati nel sistema di automazione della sottostazione, si dovrebbe prima controllare l'equipaggiamento di acquisizione in sé, come sensori e trasformatori, per confermare lo stato di funzionamento di questi dispositivi. Se l'equipaggiamento di acquisizione è a posto, si dovrebbe poi controllare i collegamenti di comunicazione e i protocolli di trasmissione dei dati tra i dispositivi. Se l'equipaggiamento di comunicazione e le connessioni di rete sono normali, si dovrebbe poi controllare se le impostazioni software del sistema di automazione sono corrette e se ci sono configurazioni anormali o errori di programma. Infine, attraverso l'eliminazione passo dopo passo, si determina la fonte del guasto. Questo metodo riduce efficacemente l'ambito della ricerca del guasto, evitando la verifica cieca e lo spreco di risorse.
4. Conclusione
In conclusione, il sistema di automazione della sottostazione coinvolge un gran numero di dispositivi e tecnologie, con una varietà di guasti del sistema, e una complessità elevata nella localizzazione e nella gestione dei guasti. Inoltre, durante l'operazione del sistema di automazione della sottostazione, alcuni dispositivi possono guastarsi a causa di fattori come l'invecchiamento e i cambiamenti nell'ambiente esterno. Se questi guasti non vengono gestiti in modo tempestivo, ciò può portare a danni agli equipaggiamenti e a una riduzione dell'efficienza operativa del sistema, aumentando così i costi di manutenzione e riparazione. Pertanto, sono necessarie misure come il miglioramento del sistema di gestione degli equipaggiamenti hardware, l'effettuazione di lavori di manutenzione regolari e l'implementazione del metodo di eliminazione per migliorare la capacità di rilevamento e prevenzione dei guasti.
