Приложение на нови стълбови прекъсвачи в малки хидроелектрични централи в планински райони

Малката хидроенергия се отнася до електроцентрали с инсталирана мощност на единично устройство под 50,000 кВ. Интеграцията на малката хидроенергия в разпределителната мрежа променя топологията на системата и посоката на потока на енергията. Литературата анализира и обсъжда предизвикателствата при регулирането на райони, богати на малка хидроенергия, изучава стратегии за повторно затваряне на линии на разпределителната мрежа с малка хидроенергия и предлага нов тип автоматично устройство за безопасно отключване за малка хидроенергия.

​1 Състояние на малката хидроенергия в планинските области​
Общата площ е 45,385 км², като планинският релеф представлява 98.3% от региона. Има 58 малки хидроелектрични централни с общ инсталационен капацитет от 41.45 МВ, повечето от които имат инсталационна мощност под 1 МВ. Тези станции са широко разпространени и страдат от лоши комуникационни условия.

Поради своята старост, станциите основно използват механично управляващи устройства и липсват автоматизирани устройства. Повечето вратови сметачни апарати са пулсиращи сметачни апарати, които зависят от ръчно четене без възможности за дистанционна передача. Устройства за контрол и защита, както и синхронизиращи устройства, липсват на комуникационни интерфейси, което изисква ръчно съобщаване на оперативни данни до диспечери чрез телефон.

10 кВ линиите на 35 кВ подстанции на мрежата често работят в хибриден режим, където малката хидроенергия и потреблението на енергия съществуват заедно. Високото напрежение на главния трансформатор на станцията използва спадащи предпазни устройства, които са простички по конструкция и са свързани с 10 кВ сетеви линии чрез T-връзки.

​2 Анализ на проблемите​
​2.1 Влияние върху активацията на автоматизирани устройства за контрол на линиите​
В активните разпределителни мрежи, след като изскача контакторът на изхода на подстанцията, малките хидроелектрични станции може да продължат да доставят енергия към местонахождението на дефекта, което затруднява изгасването на дефекта и намалява успеха на повторното затваряне. Ако разпределените енергийни ресурси (DER) останат свързани по време на повторното затваряне, може да се появи асинхронно затваряне, което води до бързи токове, които могат да причинят неуспех на повторното затваряне и да повредят малките хидроелектрични устройства.

Някои 10 кВ сетеви електроцентрали липсват на защита срещу недостиг на напрежение както за сетевата, така и за генераторната защита, което не отговаря на изискванията за работа на мрежата. Това сериозно влияе на сигурната и надеждна доставка на енергия от мрежата и жизнения цикъл на генераторите.

Когато възникне дефект в сетевата канала на малка хидроелектрична станция, генераторът не успява бързо да се отключи след като системната страна изчисти дефекта. Това може да доведе до асинхронно повторно свързване след действието на повторното затваряне на системната страна, което предотвратява активирането на повторното затваряне на системната страна и причинява ненужни прекъсвания на енергията за потребителите на обществени трансформатори, което води до значително отрицателно социално влияние.

Така, когато възникне дефект в сетевата канала, неспособността на генератора да се отключи бързо сериозно влияе на сигурната и надеждна доставка на енергия от мрежата и може да причини асинхронно повторно свързване с мрежата.

​2.2 Непълна передача на диспечерски информация​
Според полеви проучвания, повечето малки хидроелектрични станции са разположени в планински области, далеч от централните подстанции на мрежата. Установяването на специализирани оптически влакна през горите би било скъпо и ненадеждно. Обновяването на автоматизирани устройства и предаването на данни чрез сигурни частни радиомрежи след оценки на киберсигурността също изисква значителни инвестиции. Освен това, повечето малки хидроелектрични станции имат ограничена капацитет и ниска производителност, което намалява техния стимул за обновление. Ограниченията на комуникационните канали водят до непълна информация, изпращана до диспечерския център.

Неспособността да се предават реални оперативни данни до регионален диспечерски център влияе на анализа на мрежата от диспечерите и надеждността на 10 кВ разпределителни трансформатори на сетевите линии. Диспечерската платформа ще трябва да работи слепо за малки хидроелектрични станции за продължително време, което поставя под риск сигурната работа на регионалната мрежа.

​3 Решения​
​3.1 Преглед на решението​
За да се постигне ефективен мониторинг и придобиване на данни за малки хидроелектрични устройства и за подобряване на сигурността и надеждността на мрежата, спадащите предпазни устройства на високото напрежение на главните трансформатори се заменят с нови стълбови вакуумни контактни устройства, оборудвани с високоточни електронни сензори. Те се комбинират с терминали за автоматизация на фидера (FTU), които разполагат с функции за дистанционно сигнализиране, телеизмерване, дистанционно управление и автоматично отключване, за да се събират данни от точката на 10 кВ сетево свързване и състоянието на ключовете.

Съществуващите вратови пулсиращи сметачни апарати се заменят с трифазни електронни многфункционални счетачи на енергия, за да се събират оперативни данни от генераторните устройства, които се предават към FTU чрез полева шина. FTU е оборудван с модул за вертикален криптографски двойен карта. Данните се осигуряват и качват в интегрираната регионална диспечерска система чрез специализиран канал на публична радиомрежа с силно покритие на сигнала.

Когато дефект на сетевата линия причини изскачане на контактора на изхода на подстанцията, защитата срещу недостиг на напрежение на FTU се активира, и стълбовото контактно устройство се отключва, за да се отстрани малката хидроелектрична станция от мрежата. Синхронизацията и повторното свързване се извършват след възстановяване на доставката на енергия.

​3.2 Цифров пакет за автоматизация​
Цифровият пакет за автоматизация включва ZW32-типа стълбови контактни устройства, двустранни изолационни разединители, преобразуватели на напрежение и цифрови FTU. Елементът на контактното устройство интегрира три комбинирани електронни сензора (EVCT) и локален цифров елемент (ADMU).

Общата конструкция е компактна и лека, което облекчава инсталирането и поддръжката. В сравнение с традиционните интелигентни устройства за наблюдение, тази система позволява на софтуера за наблюдение да получава оперативни данни от операционните системи на 32 устройства. По същото време тя събира размери на файлове от изображенията на камерите и наблюдава дали софтуерът на устройствата за детекция (малък пакет, пакет с барове, липса на бари в картон, детекция на пет колела) работи нормално, заедно с информация за действията на отхвърлянето. Конкретни прояви включват:

• Софтуерът изпраща отхвърлени изображения до конзолата.
• Софтуерът изпраща всички изображения до конзолата.
• Софтуерът изпраща всички статистически данни (включително марка, дата, час, информация за устройството и т.н.) до конзолата.

Използвайки заводската мрежа, когато софтуерът за наблюдение на устройствата за детекция генерира данни за дефект, те се предават до сервера, като се активира местен сигнал за тревога чрез заводската мрежа. Информацията за дефект се предава дистанционно чрез PC и мобилни терминали. Проблеми като събиране на софтуера, отключване на камерите, неуспех на камерите да заснемат изображения, дефектни сензори за детекция на пакети, неуспех на приемане на изображения на дефектите и дефектни устройства за отхвърляне активират попъпки за предупреждение на PC и мобилните интерфейси. Страницата за тревога показва информация за дефекта на устройството, място, време на настъпване и записи за обработка.

​3.3 Прилагане на ранно предупреждение за качеството на продуктите​
Чрез анализ на данните от устройствата за детекция, се издават ранни предупреждения, когато броят на дефектните пакети цигари надхвърли праговете или се появи аномална честота на дефектите. Функцията за предупреждение за качеството информира персонала за поддръжка да коригира или ремонтира съответните части на основното производствено оборудование, за да се елиминират качествените дефекти и да се предотврати влошаването им.

Данните от устройствата за детекция на малки пакети, пет колела, липса на бари в картон и пакети с бари се анализират на основата на информация за имена на изображения на качествени дефекти (включително време на възникване на дефекта, количество дефектни продукти и местоположение на камерата, където е заснет дефект). Предупреждение за дефект на продукта се издава, когато броят на дефектите надхвърли прага за предупреждение.

Чрез анализ на времето и количеството на дефектните продукти, честотата на дефектите в определен период и дългосрочните тенденции могат да бъдат статистически анализирани. Това предоставя основа за управление на оценката на оборудването, своевременно предупреждение на персонала за поддръжка за корекции и подобряване на научното управление на поддръжката.

​3.4 Централизирано управление на състоянието на устройствата за детекция​
Производствените ръководители (персонал за процеси и качество, ръководители на оборудването) използват системата за наблюдение, за да сравняват и анализират централизирано състоянието на устройствата за детекция и ситуацията с дефектите на продуктите, постигайки централизирано управление на състоянието на устройствата за детекция. Системата за наблюдение на устройствата за детекция може да показва реално време на състоянието, тенденции на качествените дефекти и исторически данни за статистически анализ за всички устройства за детекция в завода, позволявайки централизирано управление на всичко оборудване в завода.

Комплексните исторически записи за дефектите могат да анализират пропорцията на дефектните единици, видове дефекти, дефектни устройства и пики на времето на дефектите. Планови мерки за управление на поддръжката се прилагат за единици, видове дефекти и устройства с чести дефекти, за да се предотвратят възникването им.

​4 Заключение​
Съкратено, системата за детекция на оборудването в цеха за производство на цигари в тютюнев завод изисква реално време онлайн наблюдение, за да се следи състоянието на устройствата за детекция, давайки аларми и локализиране на дефектите. Това намалява дефектите в процеса на производство на пакети цигари, осигурява гладко производство и подобрява ефективността на производството.