Izplatītās kļūdas un to novēršana substatciju automatizācijas sistēmās

1. Pārveidotāju automatizācijas sistēmu strukturālais klasificēšanas veids
1.1 Sadalītā sistēmas struktūra

Sadalītā sistēmas struktūra ir tehniska arhitektūra, kas realizē datu iegūšanu un kontrolēšanu, izmantojot vairāku decentralizētu ierīču un kontrolēšanas vienību sadarbību. Šī sistēma sastāv no vairākiem funkcionalitātes moduļiem, tostarp uzraudzības un datu glabāšanas vienībām. Šie moduļi savienojas caur uzticamu sakaru tīklu un saskaņā ar iepriekš noteikto kontrolēšanas loģiku un stratēģijām īsteno pārveidotāju automatizācijas operācijas.

Sadalītā struktūrā katram vienībai ir neatkarīgas apstrādes spējas un lēmumu pieņemšanas funkcijas, kas ļauj automātisku kontrolēšanu un defektu diagnosticēšanu lokālajā zonā.

Gleichzeitig können diese Einheiten Daten in Echtzeit an ein zentrales Steuerungssystem übertragen, und der Umspannwerk kann über eine Fernüberwachungsplattform zentral verwaltet werden. Im Vergleich zu traditionellen zentralisierten Steuerungssystemen haben verteilte Systeme eine höhere Flexibilität und Redundanz, was die Auswirkungen von Einzelpunktfehlern effektiv vermeiden und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems verbessern kann. Die verteilte Systemstruktur kann komplexere Automatisierungsfunktionen unterstützen, um Umspannwerken in komplexen Stromnetzumgebungen flexibel zu reagieren und die Sicherheit und Stabilität der Stromversorgung sicherzustellen.

1.2 Centralizētā sistēmas struktūra

Centralizētā sistēmas struktūra balstās uz centrālo kontroli vienību kā būtisku elementu un pārvalda un koordinē dažādu ierīču darbību pārveidotājā, izmantojot centralizētas datu apstrādes un kontrolēšanas funkcijas. Šī struktūra sastāv no centrālās kontroles sistēmas un intelektuālajām elektroniskajām ierīcēm. Centrālā kontroles sistēma atbild par dažādu ierīču datu saņemšanu un apstrādi, un izdod komandas saskaņā ar kontrolēšanas stratēģijām, lai nodrošinātu dažādu pārveidotāja ierīču vienotu kontrolēšanu un pārvaldību.

Centralizētā sistēmā visi uzraudzības un kontrolēšanas funkcijas koncentrējas centrālajā kontroles vienībā, un dažādas pārveidotāja ierīces savienojas caur augstākas ātruma sakaru tīklu. Lai arī šī struktūra sniedz augstu vienotību un ērtumu sistēmas pārvaldībā un uzturēšanā, jo visi kontroles un lēmumu pieņemšanas procesi atkarīgi no vienas centrālās kontroles sistēmas, tad, ja centrālā sistēma neiespējami nedarbojas, varētu notikt vesela pārveidotāja zaudēšana vai darbības pārtraukums, kā rezultātā ietekmējot elektrosistēmas drošību un uzticamību.

1.3 Hierarhiskā sistēmas struktūra

Hierarhiskā sistēmas struktūra ir arhitektūra, kas sadala sistēmas funkcijas vairākos slāņos, ar katru slāni neatkarīgi atbildīgu par konkrētām uzdevumiem. Šī struktūra parasti ietver četrus galvenos slāņus: lauka slāni, kontrolslāni, uzraudzības slāni un pārvaldības slāni. Dati tiek apmainīti un kontrolēšanas koordinācija tiek veikta starp katru slāni caur augstākas ātruma sakaru tīklu.Lauka slānis atrodas sistēmas apakšā un parasti sastāv no intelektuālām ierīcēm un relē aizsardzības ierīcēm pārveidotājā. Lauka slānis atbild par pamatdarbībām, piemēram, elektroparametru iegūšanu, ierīču stāvokļa uzraudzību un vietējo automātisko kontrolēšanu.

Kontrolslānis atrodas starp lauka slāni un uzraudzības slāni un parasti sastāv no attālinātajām terminālvietai (RTU) un programmējamajiem logikas kontrolētājiem (PLC). Kontrolslānis atbild par datu iegūšanu no lauka slāņa un lauka ierīču kontrolēšanu saskaņā ar kontrolēšanas loģiku un darbības stratēģijām, lai pilnveidotu pārveidotāja ierīču automatizētu plānošanu.Uzraudzības slānis atrodas sistēmas augšējā vidusdaļā un parasti sastāv no uzraudzības, kontrolēšanas un datu iegūšanas (SCADA) sistēmas. Uzraudzības slānis atbild par datu centraļo apstrādi un glabāšanu no kontrolslāņa un lauka slāņa, pārveidotāja darbības stāvokļa reāllaiku uzraudzību un funkcijām, piemēram, signālu un ierīču pārvaldību.

Pārvaldības slānis atrodas sistēmas augšējā daļā un parasti atbild par pārveidotāja visaptverošo pārvaldību un lēmumu pieņemšanas atbalstu. Pārvaldības slānis nodrošina funkcijas, piemēram, elektrosistēmas kopējo uzraudzību un uzturēšanas pārvaldību, lai nodrošinātu pārveidotāja saskaņoto darbību veselā elektrotīklā.

2. Bieži sastopamie defekti pārveidotāju automatizācijas sistēmās
2.1 Sakaru tīkla defekti

Pārveidotāju automatizācijas sistēmas sakaru tīkls spēlē būtisku lomu modernajos elektrosistēmās, atbildot par reāllaika datu pārraidīšanu un informācijas apmaiņu starp dažādām ierīcēm. Tomēr sakaru tīkla defekti var nopietni ietekmēt pārveidotāju automatizētu kontrolēšanu un attālināto uzraudzību, dēļ ko elektrosistēmas darbība kļūst nestabila.

Sakaru ierīces var neiespējami nedarboties dēļ novecošanas vai kvalitātes problēmām. Mārsrutētāju vai rūteru aparātūras bojājumi var novest pie datu nepareiza pārraidīšanas, un pārraidīšanas līniju atvienošana var izraisīt sakaru traucējumu. Arī elektropiekāpju problēmas ir nozīmīgs faktors aparātūras bojājumos. Nestabils elektropiekāpju piedāvājums var novest pie sakaru ierīču nepareizas darbības.

Pārveidotāju sakaru tīklā ierīču darbības laikā radītā elektromagnētiskā interferencija var ietekmēt sakaru signālu kvalitāti, īpaši zema frekvences signāliem vai bezvadu sakariem. Elektrosistēmas augspiestura ierīču radītie stiprie elektromagnētiskie lauki var izraisīt signālu samazināšanos vai deformāciju, ietekmējot datu pārraidīšanas uzticamību. Signālu samazināšanās garās pārraidīšanas līnijās ir arī bieži sastopama problēma, īpaši, izmantojot kabeļu sakarus. Signāls palielinās pārraidīšanas laikā, kas var novest pie neprecīzas datu saņemšanas saņēmēja pusē.

2.2 Datus iegūšanas defekti

Datu iegūšana pārveidotāju automatizācijas sistēmā ir pamats, lai nodrošinātu attālinātu uzraudzību un plānošanas pārvaldību. Datu iegūšanas sistēma atbild par reāllaika datu iegūšanu no dažādām pārveidotāja ierīcēm un to pārraidīšanu centrālajā kontroles sistēmā vai SCADA sistēmā. Ja datu iegūšana neiespējami nedarbojas, tas var ietekmēt pārveidotāja normālo darbību un pat apdraudēt elektrosistēmas drošību.

Datu iegūšanas sistēma balstās uz lielu skaitu aparātūras ierīču. Ja šīs ierīces neiespējami nedarbojas, datu iegūšana nevar notikt pareizi. Sensoru bojājumi vai novecošana var novest pie neprecīzi mērītajiem galvenajiem parametriem, piemēram, strāvas vai temperatūras. Attālinātā terminālvietas (RTU) vai intelektuālās elektroniskās ierīces (IED) elektropiekāpju trūkums var novest pie ierīču neiespējami nedarbības sākšanai vai to apturēšanai, tādējādi ietekmējot datu pārraidīšanu un iegūšanu.

Datu iegūšana atkarīga no stabila sakaru tīkla, lai pārraidītu datus no lauka ierīcēm centrālajā kontroles sistēmā. Ja sakaru tīkls neiespējami nedarbojas, piemēram, signāla zudums vai datu pārraidīšanas kavējums, tas var novest pie datu iegūšanas neiespējami nedarbības. Problemas, piemēram, bojājušās sakaru līnijas, defektīgās tīkla mārsrutēšanas ierīces vai protokolu nesaderība, tieši ietekmē datu pārraidīšanas uzticamību un reāllaiku aspektu.

Ja datu iegūšanas sistēmas ierīces nav pareizi konfigurētas vai kalibrētas, iegūtie dati var būt neprecīzi vai zaudēti. Ja ierīces tiek instalētas, neievērojot specifikācijas, vai tās nav regulāri kalibrētas, tās vieglāk var izraisīt datu iegūšanas kļūdas. Datu iegūšanas sistēmas normāla darbība atkarīga no atbilstošās programmatūras platformas vai programmas atbalsta. Ja programmatūrā ir spraugas vai versiju nesaderība, datu iegūšana var neiespējami nedarboties pareizi.

2.3 Nepareizi signāli defekti

Pārveidotāju automatizācijas sistēmas ikdienas darbībā tās var reāllaikā uzraudzīt elektrosistēmas ierīču stāvokli un izsniegt signālus, lai laikus varētu veikt atbilstošas darbības. Tomēr nepareizi signāli ir viens no bieži sastopamajiem defekta veidiem automatizācijas sistēmās. Nepareiki signāli var ne tikai ietekmēt darbinieku normālo darbību, bet arī izraisīt resursu izmantošanas izmaksu un nepieciešamus traucējumus. Sērijās situācijās tie var pat izraisīt nepareizu ārkārtas reaģēšanu.

Pārveidotāju automatizācijas sistēmas signālu funkcija parasti atkarīga no iestatītajiem sliekšņiem. Ja šie sliekšņi ir iestatīti pārāk jūtīgi vai neatbilst reālajiem darbības apstākļiem, var izraisīt biežus nepareiki signālus. Lieli sprieguma svārstības vai īslaicīgi mainīgumi ierīcēs noteiktos darbības apstākļos var tikt aplami interpretēti kā defekts, izraisot signālus. Tāpēc saprātīga sliekšņu iestatīšana ir būtiska, lai izvairītos no nepareiki signāliem.

Operātoru darbības kļūdas ir arī bieži sastopama nepareiki signālu cēlonis. Sistēmas konfigurēšanas vai ierīču testēšanas laikā operātoru kļūdas var izraisīt neraacionālus signālu nosacījumus vai nepareiki signālus. Ja operātori nekonfigurē sistēmu, neievērojot standarta darbības procedūras, vai nekalibrē signālu parametrus, kad aizvieto ierīces, ierīču stāvoklis var neatbilst signālu nosacījumiem, izraisot nepareiki signālus.

3. Pasākumi bieži sastopamo defektu risināšanai pārveidotāju automatizācijas sistēmās
3.1 Aparātūras pārvaldības sistēmas uzlabošana

Labākas aprīkojuma pārvaldības sistēmas izveidošana ir priekšnoteikums, lai novērstu aparātūras defektus. Pārveidotājos jāizstrādā detalizēti pārvaldības noteikumi aprīkojuma veselam dzīves ciklam, tostarp iepirkšanai un uzturēšanai, lai nodrošinātu, ka katrs aprīkojums pirms instalēšanas tiek precīzi kvalitātes pārbaudīts un pieņemts, un atbilst tehniskajiem prasībām, kad tiks izmantots. Turklāt dažādiem aprīkojuma veidiem jāierobežo speciālie uzturēšanas cikli un pārbaudes standarti, ar regulāriem pārbaudēm un atjauninājumiem, lai pagarinātu aprīkojuma izmantošanas laiku un samazinātu defektus, kas rodas no aprīkojuma novecošanas vai bojājumiem. 

Otrkārt, pārveidotājos jāpastiprina aprīkojuma darbības laikā veiktās pārbaudes un ieraksti. Reāllaikā veicot aprīkojuma uzraudzību, var laicīgi atklāt potenciālas defektu draudus. Izmantojot tiešsaistes uzraudzības sistēmu, var nepārtraukti uzraudzīt pārveidotāju automatizācijas aprīkojuma darbības stāvokli un galvenos parametrus, piemēram, strāvu, un pārraidīt datus centrālajā uzraudzības sistēmā. Šīs pamatā regulāri veicot defektu diagnostiku, ierakstot detalizētus datus par aprīkojuma darbību, veidojot vēsturiskos failus, lai veiktu defektu prognozēšanu un analīzi, efektīvi identificētu aprīkojuma anomalās izmaiņas un veiktu preventīvus pasākumus, lai novērstu defektus.

3.2 Regulāra uzturēšana un apkope
Regulārā uzturēšanas darbā jāietver arī automatizācijas sistēmas programmatūras uzturēšana. Automatizācijas sistēmas galvenā daļa ir datoru uzraudzības sistēma un kontroles programmatūra. To stabilā darbība tieši ietekmē pārveidotāja automatizācijas līmeni un defektu diagnostikas spēju. Regulāri jāuzturas programmatūras sistēma, tostarp jāatjauno un optimizē operētājsistēma un kontroles algoritmi, lai nodrošinātu, ka programmatūra neizraisītu "defektu" vai "sadusmošanos" sarežģītu darbību veikšanā.Arī regulāra datu kopēšana ir būtiska, lai novērstu sistēmas apturēšanu dēļ programmatūras bojājumiem vai datu zudumiem. Tāpēc regulāra sistēmas kopēšana un datu atjaunošanas treniņi ir daļa no uzturēšanas darbiem.

3.3 Atcelšanas metodes īstenošana

Atcelšanas metodes īstenošanai jādefinē defektu simptomi un jāveic detalizēti ieraksti. Operātori jāidentificē defektu manifestāciju, balstoties uz sistēmas signāliem un ierīču veiktspēju, un jāsaprot defektu pamatstāvoklis. Ja sistēma piedzīvo datu zudumu vai pārraidīšanas kavējumu, operātori jāpārbauda visu sistēmas daļu sakaru saites, lai nodrošinātu, ka datu pārraidīšanas kanāls nav pārtraukts. Rūpīga novērošana ļauj izslēgt dažas acīmredzamas defektu cēloņus, nodrošinot, ka tālākā defektu meklēšana ir vērstākāka.

Atcelšanas metodes īstenošanai jāseko noteiktam soļu secībai. Piemēram, pārveidotāju automatizācijas sistēmas datu iegūšanas defektu gadījumā, sākotnēji jāpārbauda iegūšanas ierīces, piemēram, sensori un transformatori, lai apstiprinātu šo ierīču darbības stāvokli. Ja iegūšanas ierīces ir labākās, jāpārbauda tālāk sakaru savienojumi un datu pārraidīšanas protokoli starp ierīcēm. Ja sakaru ierīces un tīkla savienojumi ir normāli, tad jāpārbauda, vai automatizācijas sistēmas programmatūras iestatījumi ir pareizi, un vai ir nevēlamie iestatījumi vai programmatūras kļūdas. Visbeidzot, caur soli pa solim atcelšanu, galvenais defektu avots tiek identificēts. Šī metode efektīvi samazina defektu meklēšanas apgabalu, izvairot blinda pārbaudi un resursu izmaksu.

4. Secinājumi

Kopsakot, pārveidotāju automatizācijas sistēmas ietver lielu skaitu ierīču un tehnoloģiju, ar daudzveidīgiem sistēmas defektiem, un augstu sarežģītību defektu lokalizēšanā un risināšanā. Lai gan pārveidotāju automatizācijas sistēmas darbības laikā dažas ierīces var neiespējami nedarboties dēļ faktoru, piemēram, novecošana un ārējā vide, ja šie defekti netiek laicīgi risināti, to var izraisīt ierīču bojājumu un sistēmas darbības efektivitātes samazināšanos, tādējādi palielinot uzturēšanas un remonta izmaksas. Tāpēc, lai uzlabotu defektu uzsargāšanas un novēršanas spēju, ir nepieciešami pasākumi, piemēram, labākas aprīkojuma pārvaldības sistēmas izveidošana, regulāra uzturēšanas darbu veikšana un atcelšanas metodes īstenošana.