Skupne napake in njihova odpravljanja v sistemih za avtomatizacijo podstanic

1. Strukturna klasifikacija sistemov avtomatizacije podstanic
1.1 Razpršeni sistemski strukturi

Razpršena struktura sistema je tehnična arhitektura, ki omogoča zbiranje podatkov in nadzor skozi sodelovanje več decentraliziranih naprav in enot za nadzor. Ta sistem sestavlja več funkcionalnih modulov, vključno z enotami za nadzor in shranjevanje podatkov. Ti moduli so medsebojno povezani preko zanesljivega komunikacijskega omrežja in izvajajo operacije avtomatizacije podstanice glede na prednastavljeno logiko in strategije nadzora.

V razpršeni strukturi ima vsaka enota neodvisno obdelovalno moč in funkcije odločanja, kar omogoča avtomatski nadzor in diagnostiko napak v lokalni območji.

Sicer pa lahko te enote v realnem času pošiljajo podatke centraliziranemu sistemu za nadzor, in podstanica se lahko upravlja centralno preko oddaljene platforme za nadzor. V primerjavi z tradicionalnimi centraliziranimi sistemi za nadzor imajo razpršeni sistemi višjo prilagodljivost in redundantnost, kar učinkovito izogiba posledicam napak v eni točki in izboljša stabilnost in zanesljivost sistema. Razpršena struktura sistema lahko podpira bolj kompleksne funkcije avtomatizacije, omogoča podstancam prilagodljivo odzivanje v okoliščinah zapletenih električnih omrežij in zagotavlja varnost in stabilnost oskrbe s strujom.

1.2 Centralizirana sistemsko struktura

Centralizirana struktura sistema temelji na centralni enoti za nadzor, ki upravlja in koordinira delovanje različnih naprav v podstanici preko centraliziranih funkcij za obdelavo podatkov in nadzor. Ta struktura sestavlja centralni sistem za nadzor in inteligentne elektronske naprave. Centralni sistem za nadzor je odgovoren za sprejem in obdelavo podatkov iz različnih naprav in izdajo ukazov glede na strategije nadzora, da doseže unificirani nadzor in upravljanje različne opreme podstanice.

V centraliziranem sistemu so vse funkcije nadzora in kontrole koncentrirane v centralni enoti za nadzor, in različne naprave v podstanici so povezane preko visokohitrega komunikacijskega omrežja. Čeprav ta struktura ima visoko enotnost in enostavnost pri upravljanju in vzdrževanju sistema, ker so vse procese nadzora in odločanja odvisne od enega centralnega sistema za nadzor, lahko njegova odpoved vodi do izgube nadzora ali prekinitve delovanja cele podstanice, kar vpliva na varnost in zanesljivost elektroenergetskega sistema.

1.3 Hierarhična sistemsko struktura

Hierarhična struktura sistema je arhitektura, ki razdeli funkcije sistema na več nivojev, kjer je vsak nivo samostojno odgovoren za specifične naloge. Ta struktura tipično vključuje štiri glavne ravni: terensko raven, raven nadzora, raven nadziranja in raven upravljanja. Izmenjava podatkov in koordinacija nadzora poteka med vsakim nivojem preko visokohitrega komunikacijskega omrežja.Ternska raven je na dnu sistema in je predvsem sestavljena iz inteligentnih naprav in relayskih zaščitnih naprav v podstanici. Ternska raven je odgovorna za osnovne operacije, kot so zbiranje električnih parametrov, nadzor stanja opreme in lokalni avtomatski nadzor.

Raven nadzora je postavljena med ternsko raven in raven nadziranja in je predvsem sestavljena iz oddaljenih terminalnih enot in programabilnih logičnih kontrolerjev. Raven nadzora je odgovorna za pridobivanje podatkov iz ternske ravnive in nadzor terenske opreme glede na logiko in strategije nadzora, s čimer dokonča avtomatizirano razporejanje opreme v podstanici.Raven nadziranja je v zgornjem srednjem delu sistema in je običajno sestavljena iz SCADA sistema (Supervisory Control and Data Acquisition). Raven nadziranja je odgovorna za centralizirano obdelavo in shranjevanje podatkov iz ravnive nadzora in terenske ravnive, nadzor stanja delovanja podstanice v realnem času in zagotavljanje funkcij, kot so alarmi in upravljanje opreme.

Raven upravljanja je na vrhu sistema in je predvsem odgovorna za celovito upravljanje in podporo odločanjem v podstanici. Raven upravljanja zagotavlja funkcije, kot so celovito nadziranje in upravljanje vzdrževanja elektroenergetskega sistema, da zagotovi usklajeno delovanje podstanice v celotnem električnem omrežju.

2. Pogosti napaki v sistemih avtomatizacije podstanic
2.1 Napaki v komunikacijskem omrežju

Komunikacijsko omrežje sistema avtomatizacije podstanic igra ključno vlogo v sodobnih elektroenergetskih sistemih, odgovorno za realizacijo prenosa podatkov v realnem času in izmenjave informacij med različnimi napravami. Vendar pa lahko napaki v komunikacijskem omrežju hudo vplivajo na avtomatski nadzor in oddaljen nadzor podstanic, kar vodi do nestabilnosti delovanja elektroenergetskega sistema.

Komunikacijska oprema se lahko odpove zaradi starenja ali problemov s kakovostjo. Škoda strojne opreme, kot so preklopi ali usmerjevalniki, lahko onemogoči normalno prenašanje podatkov, in odvoz vezav lahko povzroči prekinitev komunikacije. Problemi s strujnim napajanjem so tudi pomembna vzročna dejavnika strojnih odpovedi. Nestabilno strujno napajanje lahko onemogoči pravilno delovanje komunikacijske opreme.

V komunikacijskem omrežju podstanic lahko elektromagnetska motnja, generirana med delovanjem opreme, vpliva na kakovost komunikacijskih signalov, zlasti za nizkočastotne signale ali brezžično komunikacijo. Močna električna in magnetska polja, generirana s strani visokonapetostne opreme v elektroenergetskem sistemu, so tudi verjetno, da bodo povzročila zmanjšanje ali distorzijo signalov, kar vpliva na zanesljivost prenosa podatkov. Zmanjšanje signala v dolgočasovnih vezavah je tudi pogost problem, zlasti pri uporabi kablove komunikacije. Signal se postopoma zmanjšuje med prenosom, kar lahko onemogoči, da bi sprejemnik točno prejel podatke.

2.2 Napaki pri zbiranju podatkov

Zbiranje podatkov v sistemu avtomatizacije podstanic je temelj za realizacijo oddaljenega nadzora in razporejanja. Sistem za zbiranje podatkov je odgovoren za pridobivanje podatkov v realnem času iz različnih naprav v podstanici in prenašanje teh podatkov v centralni sistem za nadzor ali SCADA sistem. Če pride do odpovedi pri zbiranju podatkov, lahko to vpliva na normalno delovanje podstanice in celo ogroziti varnost elektroenergetskega sistema.

Sistem za zbiranje podatkov je odvisen od velikega števila strojnih naprav. Če te naprave odpovejo, zbiranje podatkov ne more potekati normalno. Škoda ali starenje senzorjev lahko vodi do nepreciznega merjenja ključnih parametrov, kot so tok ali temperatura. Odpoved strujnega napajanja oddaljenih terminalnih enot (RTU) ali inteligentnih elektronskih naprav (IED) lahko onemogoči, da bi se naprave zagnale ali jih ustavile, kar vpliva na prenos in zbiranje podatkov.

Zbiranje podatkov je odvisno od stabilnega komunikacijskega omrežja za prenos podatkov od terenskih naprav do centralnega sistema za nadzor. Če pride do odpovedi v komunikacijskem omrežju, kot je izguba signala ali zakasnitev prenosa podatkov, bo to vodilo do odpovedi pri zbiranju podatkov. Problem, kot so pokvarjene komunikacijske vezave, defektne mrežne preklopne opreme ali nezdružljivost protokolov, bo neposredno vplival na zanesljivost in hitrost prenosa podatkov.

Če so naprave v sistemu za zbiranje podatkov nepravilno nastavljene ali kalibrirane, lahko zbrani podatki bodo neprecizni ali izgubljeni. Če so naprave nameščene brez parametrov, ki so določeni po specifikacijah, ali če niso redno kalibrirane, je tudi lažje, da bo došlo do napak pri zbiranju podatkov. Normalno delovanje sistema za zbiranje podatkov je odvisno od podpore ustreznih programskeh platform ali programov. Če je v programu luknje ali ni združljivosti z različicami, zbiranje podatkov se ne bo izvajalo normalno.

2.3 Napaki lažnih alarmov

V vsakdanjem delovanju sistema avtomatizacije podstanic lahko ta sistem v realnem času nadzira stanje elektroenergetske opreme in izda alarmne signale, tako da se lahko ustrezne mere sprejmejo včasih. Vendar pa so lažni alarni signali eden izmed pogostih vrst napak v avtomatiziranih sistemih. Lažni alarni signali lahko ne le vplivajo na normalno delovanje osebja, ampak tudi vodijo do porabe virov in nepotrebnih motenj. V težkih primerih lahko celo vodijo do nesprejemljivih hitrih ukrepov.

Funkcija alarma sistema avtomatizacije podstanic običajno temelji na določenih pragih. Če so ti pragi nastavljeni preveč občutljivo ali ne ujemajo z dejanskimi delovnimi pogoji, lahko pride do pogostih lažnih alarmov. Veliki valni padeci ali trenutni spremembi opreme v določenih delovnih pogojih lahko zamenjajo za napake, kar aktivira alarne signale. Zato je razumno nastavljanje pragov ključno za izogibanje lažnim alarmom.

Operativne napake operatorjev so tudi pogosta vzročna dejavnika lažnih alarmov. Med konfiguracijo sistema ali testiranjem opreme lahko napake operatorjev vodijo do nerazumnih pogojov za alarne signale ali aktivirajo lažne alarne signale. Če operatorji ne konfigurirajo sistema glede na standardne operativne postopke ali ne ponovno kalibrirajo parametrov alarmov, ko menjajo opremo, stanje opreme se ne bo ujemalo z pogojem za alarm, kar bo vodilo do lažnih alarmov.

3. Merila za obravnavanje pogostih napak v sistemih avtomatizacije podstanic
3.1 Izboljšanje sistema za upravljanje strojne opreme

Ustanovitev zdravega sistema za upravljanje opreme je predpogoj za preprečevanje strojnih odpovedi. Podstanice bi morale formulirati podrobna upravna pravila za celoten življenjski cikel opreme, vključno s nakupom in vzdrževanjem, da se zagotovi, da vsaka naprava preide strogi pregled kakovosti in sprejem pred namestitvijo in da izpolnjuje tehnične zahteve, ko se uporablja. Hkrati bi za različne vrste opreme morali biti določeni posebni cikli vzdrževanja in standardi pregledov, z rednimi pregledi in posodobitvami, da se podaljša življenjski čas opreme in zmanjša odpovedi, ki so posledica starenja ali pokvara opreme. 

Drugič, podstanice bi morale okrepiti nadzor in beleženje opreme med delovanjem. Skozi realnosten nadzor opreme se lahko pravočasno zaznamejo potencialni nevarni dogodki. Uporabite sistem za spletni nadzor, ki neprekinjeno nadzira stanje delovanja in ključne parametre, kot je tok, avtomatizirane opreme v podstanici in prenaša te podatke v centralni sistem za nadzor. Na tej osnovi se izvajajo redni pregledi stanja, beležijo podrobni podatki o delovanju opreme, formirajo zgodovinske datoteke, da se izvede analiza in napovedovanje napak, učinkovito prepoznajo nenormalne spremembe v opremi in sprejmejo preventivne ukrepe, da se preprečijo odpovedi.

3.2 Redno vzdrževanje in servis
Redno vzdrževanje bi moralo vključevati vzdrževanje programskega sistema avtomatiziranega sistema. Jezgra avtomatiziranega sistema sta računalniški sistem za nadzor in programska oprema za nadzor. Stabilnost njihovega delovanja neposredno vpliva na stopnjo avtomatizacije in sposobnost diagnosticiranja napak v podstanici. Redno vzdrževanje programskega sistema, vključno z posodabljanjem in optimizacijo operacijskega sistema in kontrolnih algoritmov, zagotavlja, da programska oprema ne doživi "odpovedi" ali "padca", kadar obdeluje zaplete operacije.Redno delo z varnostnimi kopijami je tudi ključno, saj prepreči, da bi sistem zaradi poškodbe programa ali izgube podatkov prenehel delovati. Zato so redne varnostne kopije in vaje za obnovitev podatkov del vzdrževalnih del.

3.3 Uvod metode eliminacije

Uvod metode eliminacije zahteva jasno definiranje simptomov napake in natančno beleženje. Operatorji bi morali hitro prepoznati manifestacijo napake na podlagi alarnih signalov sistema in zmogljivosti opreme, da bi razumeli osnovno situacijo napake. Če sistem doživi izgubo podatkov ali zakasnitev v prenosu, morajo operatorji najprej preveriti komunikacijske vezave vseh delov sistema, da zagotovijo, da kanal za prenos podatkov ni prekinjen. Skozi natančno opažanje lahko nekatere očitne vzroke za napako izločijo, da se zagotovi, da je nadaljnje iskanje viru napake bolj ciljno.

Uvod metode eliminacije mora slediti določenim korakom. Za primer napak pri zbiranju podatkov v sistemu avtomatizacije podstanic najprej preverite same naprave za zbiranje, kot so senzorji in transformatorji, da potrdite stanje delovanja teh naprav. Če so naprave za zbiranje v redu, nadaljujte z preverjanjem komunikacijskih povezav in protokolov prenosa podatkov med napravami. Če je komunikacijska oprema in mrežne povezave v redu, preverite, ali so nastavitve programske opreme avtomatiziranega sistema pravilne in ali obstajajo nenormalne konfiguracije ali programski napaki. Končno, skozi korakovanje eliminacije, se končno določi vir napake. Ta metoda učinkovito omeji obseg iskanja napak, izogiba slepemu iskanju in porabi virov.

4. Zaključek

V skladu s tem vključuje sistem avtomatizacije podstanic veliko naprav in tehnologij, z raznolikimi sistemskimi napakami, ki so zapletene v lokaciji in obravnavanju. Hkrati lahko med delovanjem sistema avtomatizacije podstanic nekatere naprave odpovejo zaradi dejavnikov, kot so starenje in spremembe zunanjega okolja. Če se te napake ne obravnavajo pravočasno, lahko to vodi do pokvara opreme in zmanjšanja učinkovitosti delovanja sistema, kar poveča stroške vzdrževanja in popravil. Zato so potrebni ukrepi, kot so izboljšanje sistema za upravljanje strojne opreme, redno vzdrževanje in uvajanje metode eliminacije, da se izboljša sposobnost zaznavanja in preprečevanja napak.