Algemene storingen en behandelingen van substationautomatiseringssystemen
1. Structuurclassificatie van substation automatiseringssystemen
1.1 Gedistribueerde systeemstructuur
De gedistribueerde systeemstructuur is een technische architectuur die gegevensverzameling en -controle realiseert door de samenwerking van meerdere gedecentraliseerde apparaten en controle-eenheden. Dit systeem bestaat uit meerdere functionele modules, waaronder bewakings- en gegevensopslageenheden. Deze modules zijn verbonden via een betrouwbaar communicatienetwerk en voeren substationautomatiseringsoperaties uit volgens vooraf ingestelde controlelogica en -strategieën.
In een gedistribueerde structuur heeft elke eenheid onafhankelijke verwerkingskracht en beslissingsfuncties, waardoor automatische controle en foutdiagnose binnen een lokale omgeving mogelijk zijn.
Tegelijkertijd kunnen deze eenheden gegevens in real-time uploaden naar een gecentraliseerd controle systeem, en kan de substation centraal worden beheerd via een afstandsbedieningsplatform. In vergelijking met traditionele gecentraliseerde controle systemen hebben gedistribueerde systemen meer flexibiliteit en redundantie, wat effectief kan helpen bij het vermijden van de impact van single-point failures en de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem verbeteren. De gedistribueerde systeemstructuur kan complexere automatiseringsfuncties ondersteunen, waardoor substations flexibel kunnen reageren op complexe elektriciteitsnetomgevingen en de veiligheid en stabiliteit van de energievoorziening waarborgen.
1.2 Gecentraliseerde systeemstructuur
De gecentraliseerde systeemstructuur neemt een centrale controle-eenheid als kern en beheert en coördineert de werking van diverse apparaten in de substation via gecentraliseerde gegevensverwerking en -controlefuncties. Deze structuur bestaat uit een centraal controle systeem en intelligente elektronische apparaten. Het centrale controle systeem is verantwoordelijk voor het ontvangen en verwerken van gegevens van diverse apparaten en het uitvaardigen van commando's volgens controlestrategieën om een geünificeerde controle en beheer van diverse substationapparatuur te bereiken.
In een gecentraliseerd systeem zijn alle bewakings- en controlefuncties geconcentreerd in de centrale controle-eenheid, en verschillende apparaten in de substation zijn verbonden via een high-speed communicatienetwerk. Hoewel deze structuur hoge eenheid en gemakkelijkheid biedt in systeembeheer en -onderhoud, omdat alle controle- en beslissingsprocessen afhankelijk zijn van een enkel centraal controle systeem, kan een storing in het centrale systeem leiden tot het verlies van controle of onderbreking van de operatie van de hele substation, waardoor de veiligheid en betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet wordt aangetast.
1.3 Hiërarchische systeemstructuur
De hiërarchische systeemstructuur is een architectuur die systeemfuncties verdeelt over meerdere lagen, waarbij elke laag onafhankelijk verantwoordelijk is voor specifieke taken. Deze structuur omvat doorgaans vier hoofdlagen: de veldlaag, de controlelaag, de bewakingslaag en de beheerslaag. Gegevensuitwisseling en controlecoördinatie vinden plaats tussen elke laag via een high-speed communicatienetwerk.De veldlaag bevindt zich onderaan het systeem en bestaat voornamelijk uit intelligente apparaten en relaisbeschermingsapparaten in de substation. De veldlaag is verantwoordelijk voor basisoperaties zoals het verzamelen van elektrische parameters, het bewaken van apparaatstatussen en het uitvoeren van lokale automatische controle.
De controlelaag bevindt zich tussen de veldlaag en de bewakingslaag en bestaat voornamelijk uit remote terminal units (RTUs) en programmeerbare logische controllers (PLCs). De controlelaag is verantwoordelijk voor het verkrijgen van gegevens van de veldlaag en het controleren van veldapparatuur volgens controlelogica en -strategieën, waarmee de automatische planning van apparatuur in de substation wordt voltooid.De bewakingslaag bevindt zich in het boven-midden gedeelte van het systeem en bestaat doorgaans uit een supervisory control and data acquisition (SCADA)-systeem. De bewakingslaag is verantwoordelijk voor het centraal verwerken en opslaan van gegevens van de controlelaag en de veldlaag, het real-time bewaken van de werkzaamheden van de substation en het leveren van functies zoals alarms en apparaatbeheer.
De beheerslaag bevindt zich bovenaan het systeem en is voornamelijk verantwoordelijk voor het algehele beheer en beslissingsondersteuning van de substation. De beheerslaag biedt functies zoals algeheel bewaking en onderhoudsbeheer van het elektriciteitsnet om de coördinerende werking van de substation in het gehele elektriciteitsnet te waarborgen.
2. Algemene storingen in substation automatiseringssystemen
2.1 Communicatienetwerkstoringen
Het communicatienetwerk van het substation automatiseringssysteem speelt een cruciale rol in moderne elektriciteitsnetten, verantwoordelijk voor het realiseren van real-time gegevensoverdracht en informatie delen tussen diverse apparaten. Echter, communicatienetwerkstoringen kunnen de geautomatiseerde controle en afstandsbediening van substations ernstig beïnvloeden, wat kan leiden tot onstabiel functioneren van het elektriciteitsnet.
Communicatieapparatuur kan wegens ouderdom of kwaliteitsproblemen defect raken. Hardwarebeschadiging aan switches of routers kan ervoor zorgen dat gegevens niet normaal worden doorgestuurd, en de onderbreking van transmissielijnen kan leiden tot communicatieonderbreking. Problemen met de stroomvoorziening zijn ook een belangrijke oorzaak van hardwarefouten. Onstabiele stroomvoorziening kan ervoor zorgen dat communicatieapparatuur niet goed functioneert.
In het communicatienetwerk van substations kan elektromagnetische interferentie die tijdens de werking van apparaten ontstaat, de kwaliteit van communicatiesignalen beïnvloeden, vooral voor lage-frequentie signalen of draadloze communicatie. De sterke elektrische en magnetische velden die door hoogspanningsapparatuur in het elektriciteitsnet worden gegenereerd, kunnen ook leiden tot signaalverzwakking of -vervorming, wat de betrouwbaarheid van gegevensoverdracht beïnvloedt. Signaalverzwakking in langeafstandstransmissielijnen is ook een algemeen probleem, vooral bij gebruik van kabelcommunicatie. Tijdens de overdracht verzwakt het signaal geleidelijk, wat kan voorkomen dat de ontvangende kant de gegevens nauwkeurig ontvangt.
2.2 Gegevensverzamelingsstoringen
Gegevensverzameling in het substation automatiseringssysteem is de basis voor het realiseren van afstandsbediening en dispatching management. Het gegevensverzamelingssysteem is verantwoordelijk voor het verkrijgen van real-time gegevens van diverse apparaten in de substation en het doorsturen daarvan naar het centrale controle systeem of SCADA-systeem. Als gegevensverzameling mislukt, kan dit de normale werking van de substation beïnvloeden en zelfs de veiligheid van het elektriciteitsnet in gevaar brengen.
Het gegevensverzamelingssysteem is afhankelijk van een groot aantal hardwareapparaten. Als deze apparaten defect raken, kan gegevensverzameling niet normaal verlopen. Sensorbeschadiging of ouderdom kan leiden tot onnauwkeurige meting van belangrijke parameters zoals stroom of temperatuur. Stroomuitval van remote terminal units (RTUs) of intelligente elektronische apparaten (IEDs) kan ervoor zorgen dat de apparaten niet starten of stoppen met werken, waardoor gegevensoverdracht en -verzameling worden beïnvloed.
Gegevensverzameling is afhankelijk van een stabiel communicatienetwerk om gegevens van veldapparaten naar het centrale controle systeem te versturen. Als het communicatienetwerk defect raakt, zoals signaalverlies of gegevensoverdrachtvertraging, zal dit leiden tot gegevensverzamelingsmislukking. Problemen zoals beschadigde communicatielijnen, defect netwerkswitchapparatuur, of protocolcompatibiliteitsproblemen zullen direct de betrouwbaarheid en real-time natuur van gegevensoverdracht beïnvloeden.
Als de apparaten in het gegevensverzamelingssysteem niet correct zijn geconfigureerd of gekalibreerd, kunnen de verzamelde gegevens onnauwkeurig of verloren gaan. Als de apparaten tijdens de installatie niet met parameters volgens specificaties zijn geconfigureerd of later niet regelmatig gekalibreerd worden, is het ook gemakkelijk om gegevensverzamelingsfouten te veroorzaken. De normale werking van het gegevensverzamelingssysteem is afhankelijk van de ondersteuning van het corresponderende softwareplatform of -programma. Als er lacunes in de software zijn of versie-incompatibiliteit, kan gegevensverzameling niet normaal worden uitgevoerd.
2.3 Foutieve alarmstoringen
In de dagelijkse werking van het substation automatiseringssysteem kan het de status van elektriciteitsapparatuur in real-time bewaken en alarmsignalen uitzenden, zodat er tijdig maatregelen kunnen worden genomen. Echter, foutieve alarmen zijn een van de algemene storttypes in automatiseringssystemen. Foutieve alarmen kunnen niet alleen de normale werking van medewerkers beïnvloeden, maar ook leiden tot verspilling van middelen en onnodige storingen. In ernstige gevallen kunnen ze zelfs leiden tot ongepaste noodreacties.
De alarmfunctie van het substation automatiseringssysteem hangt doorgaans af van ingestelde drempels. Als deze drempels te gevoelig zijn ingesteld of niet overeenkomen met de werkelijke werkomstandigheden, kunnen frequent foutieve alarmen optreden. Grote spanningsschommelingen of tijdelijke veranderingen in apparatuur onder bepaalde werkomstandigheden kunnen per ongeluk als fouten worden aangezien, wat leidt tot alarmen. Daarom is een redelijke instelling van drempels cruciaal om foutieve alarmen te voorkomen.
Operatieve fouten door operators zijn ook een algemene oorzaak van foutieve alarmen. Tijdens systeemconfiguratie of apparaatdebugging kunnen fouten door operators leiden tot onredelijke alarmcondities of het activeren van foutieve alarmen. Als operators het systeem niet volgens standaardwerkprocedures configureren of alarmparameters niet herkalibreren bij het vervangen van apparatuur, kan de apparaatstatus niet overeenkomen met de alarmcondities, wat leidt tot foutieve alarmen.
3. Maatregelen voor het afhandelen van algemene storingen in substation automatiseringssystemen
3.1 Verbetering van het hardwareapparatuurbeheersysteem
Het opzetten van een degelijk apparatuurbeheersysteem is een vereiste voor het voorkomen van hardwarefouten. Substations moeten gedetailleerde beheerspecificaties opstellen voor de volledige levenscyclus van apparatuur, inclusief aankoop en onderhoud, om ervoor te zorgen dat elk apparaat voor de installatie een strikte kwaliteitsinspectie en -acceptatie ondergaat en de technische eisen voldoet wanneer het in gebruik wordt genomen. Tegelijkertijd moeten voor verschillende soorten apparatuur specifieke onderhoudscycli en inspectiestandaarden worden ingesteld, met regelmatige inspecties en updates om de levensduur van apparatuur te verlengen en fouten veroorzaakt door ouderdom of schade aan apparatuur te verminderen.
Ten tweede moeten substations de bewaking en registratie van apparatuur tijdens de werking versterken. Door real-time bewaking van apparatuur kunnen potentiële foutgevaren tijdig worden gedetecteerd. Gebruik een online monitoring systeem om continu de werkingstoestand en belangrijke parameters zoals stroom van substation automatiseringapparatuur te bewaken en de gegevens naar het centrale monitoringsysteem te versturen. Op basis hiervan moet regelmatig foutdiagnose worden uitgevoerd, gedetailleerde gegevens van apparaatwerking worden vastgelegd, historische dossiers worden gevormd, om foutvoorspelling en -analyse effectief uit te voeren, abnormale veranderingen in apparatuur te identificeren en preventieve maatregelen te nemen om fouten te voorkomen.
3.2 Regelmatig onderhoud en service
Regelmatig onderhoudswerk moet het onderhoud van het software systeem van het automatiseringssysteem omvatten. Het kerngedeelte van het automatiseringssysteem is het computermonitoring systeem en de controle software. De stabiliteit van hun werking beïnvloedt direct het automatiseringsniveau en de foutdiagnosecapaciteit van de substation. Voer regelmatig onderhoud uit aan het software systeem, inclusief het updaten en optimaliseren van het besturingssysteem en de controlealgoritmen, om ervoor te zorgen dat de software geen "failure" of "crash" ervaart bij het afhandelen van complexe operaties.Regelmatig back-upwerk is ook cruciaal, omdat het kan voorkomen dat het systeem stilvalt vanwege programmabeschadiging of gegevensverlies. Daarom maken regelmatige systeemback-ups en gegevensherstel oefeningen deel uit van het onderhoudswerk.
3.3 Uitvoering van de eliminatiemethode
De uitvoering van de eliminatiemethode vereist een duidelijke definitie van de foutverschijnselen en gedetailleerde registraties. Operators moeten snel de manifestatie van de fout identificeren op basis van systeemalarmen en apparaatprestaties, en de basissituatie van de fout begrijpen. Als het systeem gegevensverlies of -overdrachtvertraging ervaart, moeten operators eerst de communicatieverbindingen van alle delen van het systeem controleren om ervoor te zorgen dat de gegevensoverdrachtskanaal niet wordt onderbroken. Door zorgvuldige observatie kunnen sommige duidelijke oorzaken van fouten worden uitgesloten, waardoor het latere foutzoeken gerichter is.
De uitvoering van de eliminatiemethode moet bepaalde stappen volgen. Neem als voorbeeld gegevensverzamelingsfouten in het substation automatiseringssysteem. Controleer eerst het verzamelingsapparaat zelf, zoals sensoren en transformatoren, om de werkingstoestand van deze apparaten te bevestigen. Als het verzamelingsapparaat in orde is, controleer dan verder de communicatieverbindingen en gegevensoverdrachtprotocollen tussen apparaten. Als de communicatieapparatuur en netwerkverbindingen normaal zijn, controleer dan of de software-instellingen van het automatiseringssysteem correct zijn, en of er abnormale configuraties of programmafouten zijn. Ten slotte, door stapsgewijze eliminatie, wordt uiteindelijk de foutbron bepaald. Deze methode verkleint effectief de zoekruimte voor fouten, waardoor blinde inspectie en middelenverspilling worden voorkomen.
4. Conclusie
Samenvattend omvat het substation automatiseringssysteem een groot aantal apparaten en technologieën, met een breed scala aan systeemfouten, en hoge complexiteit bij het lokaliseren en afhandelen van fouten. Tegelijkertijd kunnen tijdens de werking van het substation automatiseringssysteem sommige apparaten defect raken door factoren zoals ouderdom en veranderingen in de externe omgeving. Als deze fouten niet tijdig worden afgehandeld, kan dit leiden tot apparatuurschade en verminderde systeemprestaties, wat de onderhouds- en reparatiekosten verhoogt. Daarom zijn maatregelen nodig zoals het verbeteren van het hardwareapparatuurbeheersysteem, het uitvoeren van regelmatig onderhoudswerk en het implementeren van de eliminatiemethode om de detectie- en preventiecapaciteit van fouten te verbeteren.
