Общие неисправности и методы устранения в системах автоматизации подстанций
1. Структурная классификация систем автоматизации подстанций
1.1 Распределенная структура системы
Распределенная структура системы — это техническая архитектура, которая реализует сбор данных и управление через совместную работу нескольких децентрализованных устройств и управляющих блоков. Эта система состоит из нескольких функциональных модулей, включая модули мониторинга и хранения данных. Эти модули соединены через надежную коммуникационную сеть и выполняют операции автоматизации подстанции в соответствии с предварительно установленной логикой управления и стратегиями.
В распределенной структуре каждый блок имеет независимую обработку данных и функции принятия решений, что позволяет осуществлять автоматическое управление и диагностику неисправностей в локальной зоне.
При этом эти блоки могут в реальном времени передавать данные в централизованную систему управления, и подстанция может управляться централизованно через удаленную платформу мониторинга. По сравнению с традиционными централизованными системами управления, распределенные системы имеют большую гибкость и избыточность, что позволяет эффективно избегать влияния одиночных отказов и повышает стабильность и надежность системы. Распределенная структура системы может поддерживать более сложные функции автоматизации, позволяя подстанциям гибко реагировать на сложные условия работы электросети и обеспечивая безопасность и стабильность поставки электроэнергии.
1.2 Централизованная структура системы
Централизованная структура системы основана на центральном управляющем блоке, который управляет и координирует работу различных устройств на подстанции через централизованные функции обработки данных и управления. Эта структура состоит из центральной системы управления и интеллектуальных электронных устройств. Центральная система управления отвечает за прием и обработку данных от различных устройств, а также выдачу команд в соответствии с управляющими стратегиями для достижения единого управления и контроля различных устройств подстанции.
В централизованной системе все функции мониторинга и управления сосредоточены в центральном управляющем блоке, а различные устройства на подстанции соединены через высокоскоростную коммуникационную сеть. Хотя эта структура имеет высокую степень единства и удобства в управлении и обслуживании системы, поскольку все процессы управления и принятия решений зависят от одной центральной системы управления, при отказе центральной системы может произойти потеря контроля или прерывание работы всей подстанции, что влияет на безопасность и надежность энергосистемы.
1.3 Иерархическая структура системы
Иерархическая структура системы — это архитектура, которая делит функции системы на несколько уровней, каждый из которых самостоятельно отвечает за конкретные задачи. Эта структура обычно включает четыре основных уровня: полевой уровень, уровень управления, уровень мониторинга и уровень управления. Обмен данными и координация управления между уровнями осуществляются через высокоскоростную коммуникационную сеть.Полевой уровень находится в нижней части системы и в основном состоит из интеллектуальных устройств и устройств релейной защиты на подстанции. Полевой уровень отвечает за базовые операции, такие как сбор электрических параметров, мониторинг состояния оборудования и выполнение локального автоматического управления.
Уровень управления расположен между полевым уровнем и уровнем мониторинга и в основном состоит из удаленных терминальных блоков и программируемых логических контроллеров. Уровень управления отвечает за получение данных от полевого уровня и управление полевыми устройствами в соответствии с логикой управления и операционными стратегиями, тем самым выполняя автоматическое планирование оборудования на подстанции.Уровень мониторинга находится в верхней части системы и обычно состоит из системы SCADA (система диспетчерского управления и сбора данных). Уровень мониторинга отвечает за централизованную обработку и хранение данных от уровня управления и полевого уровня, мониторинг состояния работы подстанции в реальном времени, а также предоставление функций, таких как оповещение и управление оборудованием.
Уровень управления находится в верхней части системы и в основном отвечает за комплексное управление и поддержку принятия решений на подстанции. Уровень управления предоставляет функции, такие как общее мониторинг и управление обслуживанием энергосистемы, чтобы обеспечить согласованную работу подстанции в рамках всей энергосети.
2. Частые неисправности в системах автоматизации подстанций
2.1 Неисправности коммуникационной сети
Коммуникационная сеть системы автоматизации подстанций играет ключевую роль в современных энергосистемах, отвечая за реализацию передачи данных в реальном времени и обмена информацией между различными устройствами. Однако неисправности коммуникационной сети могут серьезно повлиять на автоматизированное управление и удаленный мониторинг подстанций, приводя к нестабильной работе энергосистемы.
Оборудование связи может выходить из строя из-за старения или проблем с качеством. Повреждение аппаратного обеспечения коммутаторов или маршрутизаторов может препятствовать нормальному пересыланию данных, а разрыв линий передачи может привести к прерыванию связи. Проблемы с питанием также являются важной причиной аппаратных неисправностей. Нестабильное питание может препятствовать нормальной работе оборудования связи.
В коммуникационной сети подстанций электромагнитные помехи, возникающие при работе оборудования, могут влиять на качество сигналов связи, особенно для низкочастотных сигналов или беспроводной связи. Сильные электрические и магнитные поля, генерируемые высоковольтным оборудованием в энергосистеме, также могут вызывать ослабление или искажение сигнала, что влияет на надежность передачи данных. Ослабление сигнала на длинных линиях передачи также является распространенной проблемой, особенно при использовании кабельной связи. Сигнал постепенно ослабевает при передаче, что может привести к тому, что принимающая сторона не сможет точно принимать данные.
2.2 Неисправности системы сбора данных
Сбор данных в системе автоматизации подстанций является основой для реализации удаленного мониторинга и управления диспетчеризацией. Система сбора данных отвечает за получение данных в реальном времени от различных устройств на подстанции и передачу их в центральную систему управления или систему SCADA. Если сбор данных не работает, это может повлиять на нормальную работу подстанции и даже угрожать безопасности энергосистемы.
Система сбора данных зависит от большого количества аппаратных устройств. Если эти устройства выходят из строя, сбор данных не может происходить нормально. Повреждение или старение датчиков может привести к неточному измерению ключевых параметров, таких как ток или температура. Отказ питания удаленных терминальных блоков (RTU) или интеллектуальных электронных устройств (IED) может привести к тому, что устройства не смогут запуститься или прекратят работу, что повлияет на передачу и сбор данных.
Сбор данных зависит от стабильной коммуникационной сети для передачи данных от полевых устройств в центральную систему управления. Если коммуникационная сеть не работает, например, из-за потери сигнала или задержки передачи данных, это приведет к неисправности системы сбора данных. Проблемы, такие как поврежденные линии связи, неисправное сетевое оборудование или несовместимость протоколов, напрямую влияют на надежность и своевременность передачи данных.
Если устройства системы сбора данных не настроены или откалиброваны должным образом, собранные данные могут быть неточными или потерянными. Если устройства не настроены с параметрами в соответствии с требованиями при установке или не проходят регулярную калибровку позже, это также может привести к ошибкам сбора данных. Нормальная работа системы сбора данных зависит от поддержки соответствующей программной платформы или программы. Если в программном обеспечении есть уязвимости или проблемы с совместимостью версий, сбор данных может не выполняться нормально.
2.3 Неисправности ложных тревог
В повседневной работе системы автоматизации подстанций можно в реальном времени мониторить состояние энергетического оборудования и отправлять сигналы тревоги, чтобы своевременно предпринимать соответствующие меры. Однако ложные тревоги — это один из распространенных типов неисправностей в автоматизированных системах. Ложные тревоги могут не только влиять на нормальную работу персонала, но и приводить к растрате ресурсов и ненужным помехам. В тяжелых случаях они могут даже привести к неправильным действиям в чрезвычайных ситуациях.
Функция тревоги системы автоматизации подстанций обычно зависит от установленных пороговых значений. Если эти пороги установлены слишком чувствительно или не соответствуют фактическим условиям работы, могут возникать частые ложные тревоги. Большие колебания напряжения или кратковременные изменения в оборудовании при определенных условиях работы могут быть ошибочно приняты за неисправности, что приводит к срабатыванию тревог. Поэтому правильная настройка пороговых значений крайне важна для предотвращения ложных тревог.
Ошибки операторов также являются распространенной причиной ложных тревог. При настройке системы или отладке оборудования ошибки операторов могут привести к неразумным условиям тревоги или вызвать ложные тревоги. Если операторы не настраивают систему в соответствии со стандартными процедурами или не перенастраивают параметры тревог при замене оборудования, состояние оборудования может не соответствовать условиям тревоги, что приводит к ложным тревогам.
3. Меры по устранению распространенных неисправностей в системах автоматизации подстанций
3.1 Улучшение системы управления аппаратным обеспечением
Создание совершенной системы управления оборудованием является необходимым условием для предотвращения аппаратных неисправностей. Подстанции должны разработать подробные правила управления жизненным циклом оборудования, включая закупку и обслуживание, чтобы гарантировать, что каждое устройство проходит строгую проверку качества и приемку перед установкой и соответствует техническим требованиям при вводе в эксплуатацию. В то же время, для различных типов оборудования следует устанавливать специальные циклы обслуживания и стандарты проверки, проводить регулярные проверки и обновления, чтобы продлить срок службы оборудования и снизить количество неисправностей, вызванных старением или повреждением оборудования.
Во-вторых, подстанции должны усилить мониторинг и запись состояния оборудования во время работы. Через реальное время мониторинга оборудования можно своевременно обнаружить потенциальные неисправности. Используйте онлайн-систему мониторинга для непрерывного мониторинга состояния работы и ключевых параметров, таких как ток, оборудования автоматизации подстанций, и передачи этих данных в центральную систему мониторинга. На этой основе проводите регулярную диагностику неисправностей, записывайте детальные данные о работе оборудования, формируйте исторические файлы, чтобы проводить прогнозирование и анализ неисправностей, эффективно выявлять аномальные изменения в оборудовании и принимать профилактические меры, чтобы предотвратить неисправности.
3.2 Регулярное техническое обслуживание и сервисное обслуживание
Регулярное техническое обслуживание должно включать обслуживание программного обеспечения системы автоматизации. Ядром системы автоматизации является компьютерная система мониторинга и управляющее программное обеспечение. Стабильность их работы напрямую влияет на уровень автоматизации и способность диагностики неисправностей подстанции. Регулярно обслуживайте программное обеспечение, включая обновление и оптимизацию операционной системы и алгоритмов управления, чтобы обеспечить, что программное обеспечение не "зависает" или "падает" при выполнении сложных операций.Регулярное резервное копирование также важно, так как оно может предотвратить простои системы из-за повреждения программ или потери данных. Поэтому регулярное резервное копирование системы и тренировки по восстановлению данных являются частью технического обслуживания.
3.3 Реализация метода исключения
Реализация метода исключения требует четкого определения симптомов неисправности и подробной записи. Операторы должны быстро определить проявление неисправности на основе сигналов тревоги системы и производительности оборудования, и понять основную ситуацию с неисправностью. Если система испытывает потерю данных или задержку передачи, операторы должны сначала проверить коммуникационные связи всех частей системы, чтобы убедиться, что канал передачи данных не прерван. Через внимательное наблюдение можно исключить некоторые очевидные причины неисправности, что обеспечивает, что последующая диагностика неисправностей будет более целенаправленной.
Реализация метода исключения должна следовать определенным шагам. Например, при неисправностях сбора данных в системе автоматизации подстанций сначала следует проверить само оборудование сбора, такое как датчики и трансформаторы, чтобы подтвердить их состояние. Если оборудование сбора данных в порядке, далее следует проверить коммуникационные соединения и протоколы передачи данных между устройствами. Если коммуникационное оборудование и сетевые соединения нормальны, затем следует проверить, правильно ли настроены программные параметры системы автоматизации, и нет ли аномальных конфигураций или ошибок в программах. Наконец, через последовательное исключение определяется источник неисправности. Этот метод эффективно сужает область поиска неисправностей, избегая слепого осмотра и расходования ресурсов.
4. Заключение
Таким образом, система автоматизации подстанций включает большое количество устройств и технологий, с широким спектром системных неисправностей, и высокой сложностью в локализации и устранении неисправностей. В то же время, во время работы системы автоматизации подстанций, некоторые устройства могут выходить из строя из-за факторов, таких как старение и изменения внешней среды. Если эти неисправности не будут своевременно устранены, это может привести к повреждению оборудования и снижению эффективности работы системы, увеличивая затраты на обслуживание и ремонт. Поэтому необходимы меры, такие как улучшение системы управления аппаратным обеспечением, проведение регулярного технического обслуживания и реализация метода исключения, чтобы повысить способность обнаружения и предотвращения неисправностей.
