Falhas Comuns e Tratamentos dos Sistemas de Automação de Subestações
1. Classificação Estrutural dos Sistemas de Automação de Subestações
1.1 Estrutura do Sistema Distribuído
A estrutura do sistema distribuído é uma arquitetura técnica que realiza a coleta de dados e o controle através do trabalho colaborativo de múltiplos dispositivos e unidades de controle descentralizadas. Este sistema é composto por múltiplos módulos funcionais, incluindo unidades de monitoramento e armazenamento de dados. Esses módulos estão interconectados através de uma rede de comunicação confiável e realizam operações de automação de subestação de acordo com a lógica e estratégias de controle pré-definidas.
Em uma estrutura distribuída, cada unidade tem poder de processamento e funções de tomada de decisão independentes, permitindo o controle automático e o diagnóstico de falhas em uma área local.
Além disso, essas unidades podem enviar dados para um sistema de controle centralizado em tempo real, e a subestação pode ser gerenciada centralmente através de uma plataforma de monitoramento remoto. Comparado com os sistemas de controle centralizados tradicionais, os sistemas distribuídos têm maior flexibilidade e redundância, podendo evitar efetivamente o impacto de falhas em pontos únicos e melhorar a estabilidade e a confiabilidade do sistema. A estrutura do sistema distribuído pode suportar funções de automação mais complexas, permitindo que as subestações respondam de forma flexível diante de ambientes de rede elétrica complexos e garantindo a segurança e a estabilidade do fornecimento de energia.
1.2 Estrutura do Sistema Centralizado
A estrutura do sistema centralizado toma como núcleo uma unidade de controle central e gerencia e coordena a operação de diversos dispositivos na subestação através de funções de processamento e controle de dados centralizados. Esta estrutura consiste em um sistema de controle central e dispositivos eletrônicos inteligentes. O sistema de controle central é responsável por receber e processar dados de diversos dispositivos e emitir comandos de acordo com as estratégias de controle para alcançar o controle e gestão unificados de diversos equipamentos da subestação.
Em um sistema centralizado, todas as funções de monitoramento e controle estão concentradas na unidade de controle central, e diversos dispositivos na subestação estão conectados através de uma rede de comunicação de alta velocidade. Embora esta estrutura tenha alta unidade e conveniência no gerenciamento e manutenção do sistema, uma vez que todos os processos de controle e tomada de decisão dependem de um único sistema de controle central, se o sistema central falhar, pode levar à perda de controle ou interrupção da operação de toda a subestação, afetando assim a segurança e a confiabilidade do sistema de energia.
1.3 Estrutura Hierárquica do Sistema
A estrutura hierárquica do sistema é uma arquitetura que divide as funções do sistema em múltiplas camadas, com cada camada sendo independentemente responsável por tarefas específicas. Esta estrutura geralmente inclui quatro níveis principais: a camada de campo, a camada de controle, a camada de monitoramento e a camada de gerenciamento. A troca de dados e a coordenação de controle são realizadas entre cada camada através de uma rede de comunicação de alta velocidade.A camada de campo está no fundo do sistema e é composta principalmente por dispositivos inteligentes e dispositivos de proteção relé na subestação. A camada de campo é responsável por operações básicas, como a coleta de parâmetros elétricos, o monitoramento do estado do equipamento e o controle automático local.
A camada de controle está localizada entre a camada de campo e a camada de monitoramento e é composta principalmente por unidades terminais remotas e controladores lógicos programáveis. A camada de controle é responsável por obter dados da camada de campo e controlar o equipamento de campo de acordo com a lógica de controle e as estratégias de operação, assim completando o agendamento automatizado do equipamento na subestação.A camada de monitoramento está na parte superior média do sistema e geralmente é composta por um sistema de supervisão, controle e aquisição de dados (SCADA). A camada de monitoramento é responsável pelo processamento e armazenamento centralizado de dados provenientes das camadas de controle e de campo, monitorando o estado de operação da subestação em tempo real e fornecendo funções como alarmes e gerenciamento de equipamentos.
A camada de gerenciamento está no topo do sistema e é principalmente responsável pela gestão abrangente e suporte à tomada de decisões da subestação. A camada de gerenciamento fornece funções como o monitoramento geral e o gerenciamento de manutenção do sistema de energia para garantir a operação coordenada da subestação em toda a rede elétrica.
2. Falhas Comuns nos Sistemas de Automação de Subestações
2.1 Falhas na Rede de Comunicação
A rede de comunicação do sistema de automação de subestação desempenha um papel crucial nos sistemas de energia modernos, responsável pela transmissão de dados em tempo real e compartilhamento de informações entre diversos dispositivos. No entanto, falhas na rede de comunicação podem afetar seriamente o controle automatizado e o monitoramento remoto das subestações, levando a uma operação instável do sistema de energia.
O equipamento de comunicação pode falhar devido ao envelhecimento ou problemas de qualidade. Danos ao hardware de switches ou roteadores podem impedir o encaminhamento normal de dados, e a desconexão de linhas de transmissão pode levar à interrupção da comunicação. Problemas de fornecimento de energia também são uma causa importante de falhas de hardware. Fornecimento de energia instável pode impedir que o equipamento de comunicação funcione corretamente.
Na rede de comunicação das subestações, a interferência eletromagnética gerada durante a operação do equipamento pode afetar a qualidade dos sinais de comunicação, especialmente para sinais de baixa frequência ou comunicação sem fio. Os campos elétricos e magnéticos fortes gerados por equipamentos de alta tensão no sistema de energia também podem causar atenuação ou distorção de sinais, afetando a confiabilidade da transmissão de dados. A atenuação do sinal em linhas de transmissão de longa distância também é um problema comum, especialmente quando se utiliza comunicação por cabo. O sinal enfraquece gradualmente durante a transmissão, o que pode impedir que o receptor receba os dados com precisão.
2.2 Falhas na Aquisição de Dados
A aquisição de dados no sistema de automação de subestação é a base para a realização do monitoramento remoto e do gerenciamento de despacho. O sistema de aquisição de dados é responsável por obter dados em tempo real de diversos dispositivos na subestação e transmiti-los para o sistema de controle central ou SCADA. Se a aquisição de dados falhar, pode afetar a operação normal da subestação e até mesmo colocar em risco a segurança do sistema de energia.
O sistema de aquisição de dados depende de uma grande quantidade de dispositivos de hardware. Se esses dispositivos falharem, a aquisição de dados não poderá prosseguir normalmente. Danos ou envelhecimento de sensores podem levar a medições imprecisas de parâmetros-chave, como corrente ou temperatura. Falhas de energia em unidades terminais remotas (RTUs) ou dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) podem impedir que os dispositivos sejam iniciados ou causem que eles parem de funcionar, afetando assim a transmissão e aquisição de dados.
A aquisição de dados depende de uma rede de comunicação estável para transmitir dados de dispositivos de campo para o sistema de controle central. Se a rede de comunicação falhar, como perda de sinal ou atraso na transmissão de dados, isso levará à falha na aquisição de dados. Problemas como linhas de comunicação danificadas, equipamentos de comutação de rede defeituosos ou incompatibilidade de protocolos afetarão diretamente a confiabilidade e a natureza em tempo real da transmissão de dados.
Se os dispositivos no sistema de aquisição de dados não forem configurados ou calibrados adequadamente, os dados coletados podem ser imprecisos ou perdidos. Se os dispositivos não forem configurados com parâmetros conforme as especificações durante a instalação ou não forem calibrados regularmente posteriormente, também será fácil causar erros na aquisição de dados. A operação normal do sistema de aquisição de dados depende do suporte de uma plataforma de software ou programa correspondente. Se houver falhas no software ou incompatibilidade de versões, a aquisição de dados pode não ser executada normalmente.
2.3 Falhas de Alarmes Falsos
No funcionamento diário do sistema de automação de subestação, ele pode monitorar o estado dos equipamentos de energia em tempo real e emitir sinais de alarme para que medidas correspondentes possam ser tomadas prontamente. No entanto, alarmes falsos são um dos tipos de falha comuns nos sistemas de automação. Alarmes falsos podem não apenas afetar a operação normal do pessoal, mas também levar ao desperdício de recursos e interferências desnecessárias. Em casos graves, podem até levar a respostas de emergência inadequadas.
A função de alarme do sistema de automação de subestação geralmente depende de limiares definidos. Se esses limiares forem definidos muito sensivelmente ou não corresponderem às condições de operação reais, podem ocorrer alarmes falsos frequentes. Grandes flutuações de tensão ou mudanças transitórias no equipamento sob certas condições de operação podem ser erroneamente interpretadas como falhas, acionando alarmes. Portanto, a definição de limiares razoáveis é crucial para evitar alarmes falsos.
Erros operacionais por parte dos operadores também são uma causa comum de alarmes falsos. Durante a configuração do sistema ou a depuração do equipamento, erros cometidos pelos operadores podem levar a condições de alarme irrazoáveis ou acionar alarmes falsos. Se os operadores não configurarem o sistema de acordo com os procedimentos operacionais padrão ou não recalibrarem os parâmetros de alarme ao substituir o equipamento, o estado do equipamento pode não corresponder às condições de alarme, resultando em alarmes falsos.
3. Medidas para Tratar Falhas Comuns nos Sistemas de Automação de Subestações
3.1 Melhoria do Sistema de Gerenciamento de Equipamentos de Hardware
Estabelecer um sistema de gerenciamento de equipamentos sólido é uma pré-condição para prevenir falhas de hardware. As subestações devem formular especificações detalhadas de gerenciamento para o ciclo de vida completo do equipamento, incluindo aquisição e manutenção, para garantir que cada peça de equipamento passe por rigorosa inspeção de qualidade e aceitação antes da instalação e atenda aos requisitos técnicos quando posta em uso. Ao mesmo tempo, para diferentes tipos de equipamentos, ciclos de manutenção e padrões de inspeção específicos devem ser estabelecidos, com inspeções e atualizações regulares para prolongar a vida útil do equipamento e reduzir falhas causadas pelo envelhecimento ou dano ao equipamento.
Em segundo lugar, as subestações devem fortalecer o monitoramento e o registro de equipamentos durante a operação. Através do monitoramento em tempo real do equipamento, é possível detectar pontualmente potenciais riscos de falha. Utilize um sistema de monitoramento online para monitorar continuamente o estado de operação e parâmetros-chave, como a corrente, dos equipamentos de automação de subestação e transmitir os dados para o sistema de monitoramento central. Nessa base, realize diagnósticos de falha regulares, registre dados detalhados da operação do equipamento, forme arquivos históricos, para realizar previsão e análise de falhas, identificar efetivamente alterações anormais no equipamento e tomar medidas preventivas para evitar falhas.
3.2 Manutenção e serviço regular
O trabalho de manutenção regular deve incluir a manutenção do sistema de software do sistema de automação. A parte central do sistema de automação é o sistema de monitoramento por computador e o software de controle. A estabilidade de sua operação afeta diretamente o nível de automação e a capacidade de diagnóstico de falhas da subestação. Mantenha regularmente o sistema de software, incluindo a atualização e otimização do sistema operacional e algoritmos de controle, para garantir que o software não sofra "falhas" ou "crashes" ao lidar com operações complexas.O trabalho de backup regular também é crucial, pois pode prevenir a paralisação do sistema devido a danos no programa ou perda de dados. Portanto, backups regulares do sistema e simulações de recuperação de dados fazem parte do trabalho de manutenção.
3.3 Implementação do Método de Eliminação
A implementação do método de eliminação requer a definição clara dos sintomas da falha e o registro detalhado. Os operadores devem identificar rapidamente a manifestação da falha com base nos alarmes do sistema e no desempenho do equipamento, e entender a situação básica da falha. Se o sistema experimentar perda de dados ou atraso na transmissão, os operadores devem primeiro verificar as ligações de comunicação de todas as partes do sistema para garantir que o canal de transmissão de dados não esteja interrompido. Através de observação cuidadosa, algumas causas óbvias de falhas podem ser excluídas, garantindo que a solução de problemas de falhas subsequentes seja mais direcionada.
A implementação do método de eliminação precisa seguir certos passos. Tomando como exemplo as falhas de aquisição de dados no sistema de automação de subestação. Primeiro, verifique o próprio equipamento de aquisição, como sensores e transformadores, para confirmar o estado de operação desses dispositivos. Se o equipamento de aquisição estiver ok, verifique então as conexões de comunicação e os protocolos de transmissão de dados entre os dispositivos. Se o equipamento de comunicação e as conexões de rede estiverem normais, então verifique se as configurações de software do sistema de automação estão corretas e se há configurações anormais ou erros de programa. Finalmente, através da eliminação passo a passo, a fonte da falha é finalmente determinada. Este método efetivamente reduz o escopo da solução de problemas, evitando a inspeção cega e o desperdício de recursos.
4. Conclusão
Em resumo, o sistema de automação de subestação envolve uma grande quantidade de dispositivos e tecnologias, com uma variedade de falhas do sistema, e alta complexidade na localização e tratamento de falhas. Ao mesmo tempo, durante a operação do sistema de automação de subestação, alguns dispositivos podem falhar devido a fatores como envelhecimento e mudanças no ambiente externo. Se essas falhas não forem tratadas prontamente, podem levar a danos no equipamento e redução da eficiência operacional do sistema, aumentando assim os custos de manutenção e reparo. Portanto, são necessárias medidas, como a melhoria do sistema de gerenciamento de equipamentos de hardware, a realização de trabalhos de manutenção regular e a implementação do método de eliminação, para melhorar a capacidade de detecção e prevenção de falhas.
