Vanlige feil og behandlinger av understasjonsautomasjonssystemer

1. Strukturert klassifisering av understasjonsautomatiseringssystemer
1.1 Fordelt systemstruktur

Den fordelt systemstrukturen er en teknisk arkitektur som realiserer datainnsamling og -kontroll gjennom samarbeidende arbeid mellom flere deentraliserte enheter og kontroleenheter. Dette systemet består av flere funksjonelle moduler, inkludert overvåkings- og datalagringsenheter. Disse modulene er forbundet via et pålitelig kommunikasjonsnettverk og utfører understasjonsautomatiseringsoperasjoner i henhold til forhåndsdefinert kontrolllogikk og strategier.

I en fordelt struktur har hver enhet uavhengig prosesseringskraft og beslutningsfunksjoner, noe som muliggjør automatisert kontroll og feilmdiagnose i lokal område.

Samtidig kan disse enhetene overføre data til et sentralisert kontrollsystem i sanntid, og understasjonen kan administreres sentralt gjennom et fjernovervåkningsplattform. Sammenlignet med tradisjonelle sentraliserte kontrollsystemer har fordelte systemer høyere fleksibilitet og redundans, noe som effektivt unngår virkningen av enkelpunktsfeil og forbedrer systemets stabilitet og pålitelighet. Den fordelt systemstrukturen kan støtte mer komplekse automatiseringsfunksjoner, noe som gjør at understasjoner kan reagere fleksibelt i møte med komplekse kraftnettmiljøer og sikre tryggheten og stabiliteten i kraftforsyningen.

1.2 Sentralisert systemstruktur

Den sentraliserte systemstrukturen tar en sentral kontroleenhet som kjernen og administrerer og koordinerer drift av ulike enheter i understasjonen gjennom sentralisert dataprosessering og -kontrollfunksjoner. Denne strukturen består av et sentralt kontrollsystem og intelligente elektroniske enheter. Det sentrale kontrollsystemet er ansvarlig for å motta og behandle data fra ulike enheter, og gi kommandoer i henhold til kontrollstrategier for å oppnå enhetlig kontroll og administrasjon av ulike understasjonsutstyr.

I et sentralisert system er alle overvåkings- og kontrollfunksjoner koncentrert i den sentrale kontroleenheten, og ulike enheter i understasjonen er forbundet gjennom et høyhastighetskommunikasjonsnettverk. Selv om denne strukturen har høy enhetlighet og bekvemmelighet i systemadministrasjon og -vedlikehold, siden alle kontroll- og beslutningsprosesser er avhengige av et enkelt sentralt kontrollsystem, kan det føre til tap av kontroll eller avbrudd i drift av hele understasjonen dersom det sentrale systemet mislykkes, noe som påvirker sikkerheten og påliteligheten i kraftsystemet.

1.3 Hierarkisk systemstruktur

Den hierarkiske systemstrukturen er en arkitektur som deler systemfunksjoner inn i flere nivåer, der hvert nivå uavhengig er ansvarlig for spesifikke oppgaver. Denne strukturen inkluderer vanligvis fire hovednivåer: feltlaget, kontrollag, overvåkningslag og forvaltningslag. Datautveksling og kontrollkoordinering foretas mellom hvert nivå gjennom et høyhastighetskommunikasjonsnettverk.Feltlaget ligger nederst i systemet og består hovedsakelig av intelligente enheter og relæbeskyttelsesenheter i understasjonen. Feltlaget er ansvarlig for grunnleggende operasjoner som innsamling av elektriske parametere, overvåking av utstyrsstatus og utførelse av lokalt automatisk kontroll.

Kontrollaget ligger mellom feltlaget og overvåkningslaget og består hovedsakelig av fjerne terminalenheter og programmerbare logikkstyringer. Kontrollaget er ansvarlig for å hente data fra feltlaget og kontrollere feltenheter i henhold til kontrolllogikk og driftsstrategier, slik at det fullfører automatisert planlegging av utstyr i understasjonen.Overvåkningslaget ligger øverst midt i systemet og består vanligvis av et supervisory control and data acquisition (SCADA) -system. Overvåkningslaget er ansvarlig for sentral behandling og lagring av data fra kontrollag og feltlag, sanntids overvåking av driftsstatus for understasjonen, og tilbyr funksjoner som alarm og utstyrshåndtering.

Forvaltningslaget ligger øverst i systemet og er hovedsakelig ansvarlig for den omfattende forvaltning og beslutningsstøtte for understasjonen. Forvaltningslaget tilbyr funksjoner som helhetlig overvåking og vedlikeholdsforvaltning av kraftsystemet for å sikre koordinert drift av understasjonen i hele kraftnettet.

2. Vanlige feil i understasjonsautomatiseringssystemer
2.1 Kommunikasjonsnettverksfeil

Kommunikasjonsnettverket i understasjonsautomatiseringssystemet har en viktig rolle i moderne kraftsystemer, ansvarlig for å realisere sanntidsdataoverføring og informasjonsdeling mellom ulike enheter. Men kommunikasjonsnettverksfeil kan alvorlig påvirke automatisert kontroll og fjernovervåking av understasjoner, noe som fører til ustabil drift av kraftsystemet.

Kommunikasjonsutstyr kan mislykkes på grunn av aldring eller kvalitetsproblemer. Maskinvarenedbrytelse på switcher eller ruter kan hindre data fra å bli videresendt normalt, og frakobling av overføringslinjer kan føre til kommunikasjonsavbrudd. Strømforsyningsproblemer er også en viktig årsak til maskinvarefeil. Ustabilt strømforsyning kan hindre kommunikasjonsutstyr fra å fungere korrekt.

I kommunikasjonsnettverket for understasjoner kan elektromagnetisk støy generert under drift av utstyr påvirke kvaliteten på kommunikasjonssignaler, spesielt for lavfrekvenssignaler eller trådløs kommunikasjon. De sterke elektriske og magnetiske feltene generert av høyspenningsutstyr i kraftsystemet kan også føre til signalforsterkning eller forvrengning, noe som påvirker påliteligheten til dataoverføring. Signalforsterkning i lange overføringslinjer er også et vanlig problem, spesielt når kabelkommunikasjon brukes. Signalet svekker gradvis under overføring, noe som kan forhindre mottakeren fra å akkurat motta data.

2.2 Datainnsamlingsfeil

Datainnsamling i understasjonsautomatiseringssystemet er grunnlaget for å realisere fjernovervåking og driftsledelse. Datainnsamlingsystemet er ansvarlig for å hente sanntidsdata fra ulike enheter i understasjonen og sende det til det sentrale kontrollsystemet eller SCADA-systemet. Hvis datainnsamlingen mislykkes, kan det påvirke normal drift av understasjonen og enda fare for sikkerheten i kraftsystemet.

Datainnsamlingsystemet er avhengig av et stort antall maskinvareenheter. Hvis disse enhetene mislykkes, kan datainnsamlingen ikke foregå normalt. Sensornedbrytelse eller aldring kan føre til unøyaktig måling av nøkkelparametre som strøm eller temperatur. Strømnedsatte fjerne terminalenheter (RTU) eller intelligente elektroniske enheter (IED) kan forhindre enhetene fra å starte eller få dem til å slutte å fungere, noe som påvirker dataoverføring og -innsamling.

Datainnsamling er avhengig av et stabilt kommunikasjonsnettverk for å overføre data fra feltenheter til det sentrale kontrollsystemet. Hvis kommunikasjonsnettverket mislykkes, som signalforsvinn eller dataoverføringsforsinkelse, vil det føre til mislykket datainnsamling. Problemer som skadet kommunikasjonslinjer, defekte nettverksvekslingsenheter eller protokolluforenlighet vil direkte påvirke påliteligheten og sanntidsegenskapene til dataoverføring.

Hvis enhetene i datainnsamlingsystemet ikke er riktig konfigurert eller kalibrert, kan de innsamlede data være unøyaktige eller mistet. Hvis enhetene ikke er konfigurert med parametre etter spesifikasjoner under installasjon eller ikke kalibreres regelmessig senere, kan det lett føre til datainnsamlingsfeil. Normal drift av datainnsamlingsystemet er avhengig av støtte fra tilsvarende programvareplattformer eller programmer. Hvis det finnes hull i programvaren eller versjonsumkompatibilitet, kan datainnsamlingen ikke utføres normalt.

2.3 Falske alarmfeil

Under daglig drift av understasjonsautomatiseringssystemet kan det overvåke statusen til kraftutstyr i sanntid og sende alarmmeldinger slik at tilsvarende tiltak kan tas i tide. Men falske alarmer er en av de vanlige feiltypene i automatiseringssystemer. Falske alarmer kan ikke bare påvirke normal drift av personale, men også føre til ressursslitasje og unødvendig forstyrrelse. I alvorlige tilfeller kan de til og med føre til upassende nødtiltak.

Alarmfunksjonen i understasjonsautomatiseringssystemet er vanligvis avhengig av satt terskel. Hvis disse terskler er satt for sensitivt eller ikke stemmer med faktiske driftsbetingelser, kan det føre til hyppige falske alarmer. Store spenningssvingninger eller transiente endringer i utstyr under visse driftsbetingelser kan bli forvekslet med feil, noe som utløser alarmer. Derfor er rimelig terskelsetting viktig for å unngå falske alarmer.

Operasjonell feil av operatører er også en vanlig årsak til falske alarmer. Under systemkonfigurasjon eller utstyrstesting kan feil av operatører føre til urimelige alarmforhold eller utløse falske alarmer. Hvis operatører ikke konfigurerer systemet etter standard driftsprosedyrer eller ikke justerer alarmparametre når utstyr erstattes, kan utstyrsstatus ikke matche alarmforhold, noe som fører til falske alarmer.

3. Tiltak for håndtering av vanlige feil i understasjonsautomatiseringssystemer
3.1 Forbedring av maskinvareforvaltningsystemet

Opprettelse av et solidt utstyrforvaltningsystem er en forutsetning for å forhindre maskinvarefeil. Understasjoner bør utarbeide detaljerte forvaltningsregler for hele livssyklusen til utstyr, inkludert anskaffelse og vedlikehold, for å sikre at hvert enkelt utstyr undergår streng kvalitetskontroll og aksept before installasjon og oppfyller tekniske krav ved bruk. Samtidig skal for ulike typer utstyr settes spesielle vedlikeholdsperioder og inspeksjonsstandarder, med regelmessige inspeksjoner og oppdateringer for å forlenge utstyrets levetid og redusere feil som skyldes utstyrsaldring eller skade. 

Videre bør understasjoner styrke overvåking og registrering av utstyr under drift. Gjennom sanntids overvåking av utstyr kan potensielle feilfarene oppdages i tide. Bruk et online overvåkingssystem for å kontinuerlig overvåke driftsstatus og nøkkelparametre som strøm for understasjonsautomatiseringsutstyr, og send data til det sentrale overvåkingssystemet. På denne bakgrunn kan regelmessig feilidiagnose, detaljert registrering av utstyrstatus, historiske filer dannes, for å gjennomføre feilforutsigelse og -analyse, effektivt identifisere abnormal endringer i utstyr, og ta forebyggende tiltak for å forhindre feil.

3.2 Regelmessig vedlikehold og servicearbeid
Regelmessig vedlikeholdsarbeid bør inkludere vedlikehold av programvaresystemet i automatiseringssystemet. Kjerneparten av automatiseringssystemet er datamonitoringssystemet og kontrollprogramvaren. Stabiliteten i deres drift påvirker direkte automatiseringsgraden og feilidiagnosekapasiteten i understasjonen. Vedlikehold programvaresystemet regelmessig, inkludert oppdatering og optimalisering av operativsystemet og kontrollalgoritmer, for å sikre at programvaren ikke opplever "feil" eller "krasj" under håndtering av komplekse operasjoner.Regelmessig sikkerhetskopiering er også viktig, da det kan forhindre systemnedetid på grunn av programskade eller datatap. Derfor er regelmessig systembackup og datagjenopprettingsøvelser en del av vedlikeholdsarbeidet.

3.3 Implementering av elimineringmetoden

Implementering av elimineringmetoden krever klart definerte feilsymptomer og detaljert dokumentasjon. Operatører bør raskt identifisere feilens manifestasjon basert på systemalarmer og utstyrsprestasjon, og forstå den grunnleggende situasjonen for feilen. Hvis systemet opplever datatap eller overføringsforsinkelse, bør operatører først sjekke kommunikasjonsforbindelsene i alle deler av systemet for å sikre at dataoverføringskanalen ikke er brutt. Gjennom nøyaktig observasjon kan noen tydelige feilårsaker utelukkes, noe som sikrer at videre feilutforskning blir mer målrettet.

Implementering av elimineringmetoden må følge bestemte trinn. Ta datainnsamlingsfeil i understasjonsautomatiseringssystemet som eksempel. Først sjekk selve innsamlingsutstyret, som sensorer og transformatorer, for å bekrefte driftsstatus for disse enhetene. Hvis innsamlingsutstyret er i orden, sjekk deretter kommunikasjonsforbindelsene og dataoverføringsprotokoller mellom enheter. Hvis kommunikasjonsutstyr og nettverksforbindelser er normale, sjekk deretter om programvareinnstillinger for automatiseringssystemet er korrekte, og om det finnes uregelmessige konfigurasjoner eller programfeil. Til slutt, gjennom trinnvis eliminering, fastsettes feilkilden til slutt. Denne metoden effektivt begrenser feilutforskningsområdet, unngår blind undersøkelse og ressursslitasje.

4. Konklusjon

Sammenfattet inneholder understasjonsautomatiseringssystemet et stort antall enheter og teknologier, med en rekke systemfeil, og høy kompleksitet i feillocering og -håndtering. Samtidig, under drift av understasjonsautomatiseringssystemet, kan noen enheter mislykkes på grunn av faktorer som aldring og endringer i det eksterne miljøet. Hvis disse feilene ikke håndteres i tide, kan det føre til utstyrsnedbrytelse og redusert systemdriftseffektivitet, noe som øker vedlikeholds- og reparasjonskostnader. Derfor trengs tiltak som forbedring av maskinvareforvaltningsystemet, regelmessig vedlikehold og implementering av elimineringmetoden for å forbedre evnen til feildeteksjon og -forebygging.