Aplicació de nous interruptors automàtics de post en petites centrals hidroelèctriques a zones muntanyoses

La microhidroelectròtica es refereix a les centrals amb una capacitat instal·lada per unitat inferior a 50.000 kV. La integració de la microhidroelectròtica en la xarxa de distribució altera la topologia del sistema i la direcció del flux d'energia. La literatura ha analitzat i discutit els reptes en la regulació de regions riques en microhidroelectròtica, ha estudiat estratègies de recobrament per a línies de xarxa de distribució amb microhidroelectròtica i ha proposat un nou tipus de dispositiu automàtic de desconnectació segura per a la microhidroelectròtica.

​1 Estat actual de la microhidroelectròtica en zones muntanyoses​
L'àrea total és de 45.385 km², amb un terreny muntanyós que representa el 98,3% de la regió. Hi ha 58 centrals de microhidroelectròtica amb una capacitat instal·lada total de 41,45 MW, la majoria de les quals tenen una capacitat instal·lada inferior a 1 MW. Aquestes centrals estan ampliament distribuïdes i sofreixen condicions de comunicació deficient.

A causa de la seva antiguitat, les centrals utilitzen principalment equips de control mecànics i manquen d'aparells d'automatització. La majoria dels comptadors de porteria són comptadors de impulsos, que depenen de la lectura manual sense capacitats de transmissió remota. Els dispositius de protecció de control i els equips de sincronització manquen d'interfícies de comunicació, necessitant la notificació manual de les dades operatives als dispatchers per telèfon.

Les línies de 10 kV de les subestacions de 35 kV de la xarxa sovint operen en mode híbrid on coexisteixen la microhidroelectròtica i el consum de càrrega. El costat d'alta tensió del transformador principal de la central utilitza fusibles de caiguda, que són simples d'estructura i connectats a les línies de xarxa de 10 kV mitjançant connexions T.

​2 Anàlisi del problema​
​2.1 Impacte en l'activació dels dispositius de control automàtic de línies​
En les xarxes de distribució activa, després que un interruptor de sortida de subestació tripi, les centrals de microhidroelectròtica podrien continuar alimentant el punt de falla, dificultant la extinció de l'arc de falla i reduint el percentatge de èxit del recobrament. Si les fonts d'energia distribuïda (DER) romanen connectades durant el recobrament, pot produir-se un tancament asincrònic, resultant en corrents d'assalt que poden causar el fracàs del recobrament i enderrocar les unitats de microhidroelectròtica.

Algunes centrals de 10 kV connectades a la xarxa manquen de protecció de desconexió per baixa tensió tant per a la protecció de la línia connectada com per a la protecció del generador, no complint els requisits d'operació de la xarxa. Això afecta greument l'abastament d'energia segur i fiable de la xarxa i la vida útil operativa dels generadors.

Quan es produeix una falla al canal de connexió a la xarxa d'una central de microhidroelectròtica, el generador no es desconecta ràpidament després que el costat del sistema elimini la falla. Això pot conduir a una reconexió asincrònica a la xarxa després de l'acció de recobrament de la línia del costat del sistema, impedicint que s'activi el recobrament del costat del sistema i causant interrupcions innecessàries de l'electricitat per als usuaris de transformadors públics, resultant en un impacte social negatiu significatiu.

Així, quan es produeix una falla al canal de connexió a la xarxa, la incapacitat del generador de desconectar ràpidament afecta greument l'abastament d'energia segur i fiable de la xarxa i pot causar una reconexió asincrònica a la xarxa.

​2.2 Transmissió incompleta d'informació de dispatch​
Segons les enquestes de camp, la majoria de les centrals de microhidroelectròtica estan ubicades en zones muntanyoses, llunyanes de les subestacions centrales de la xarxa. L'instal·lació de fibres òptiques dedicades a través de boscos seria costosa i poc fiable. L'actualització de l'equip d'automatització i la transmissió de dades a través de xarxes privades inalàmbriques segures després d'avaluacions de ciberseguretat també requereix una inversió significativa. A més, la majoria de les centrals de microhidroelectròtica tenen una capacitat limitada i benefici de generació baix, reduint la seva incentivació per a actualitzacions. Les limitacions del canal de comunicació resulten en una informació incompleta enviada al centre de dispatch.

No obstant això, la incapacitat de transmetre dades operatives en temps real al centre de dispatch regional afecta l'anàlisi de la xarxa pels dispatchers i la fiabilitat dels transformadors de distribució de 10 kV en les línies connectades a la xarxa. La plataforma de dispatch estarà obligada a funcionar a cegues per a les centrals de microhidroelectròtica durant períodes prolongats, comprometent la operació segura de la xarxa regional.

​3 Solucions​
​3.1 Visió general de la solució​
Per aconseguir una monitorització eficaç i adquisició de dades per a les unitats de microhidroelectròtica i millorar la seguretat i fiabilitat de la xarxa, els fusibles de caiguda al costat d'alta tensió dels transformadors principals es reemplacen amb nous interruptors de vacuü a postes dotats de sensors electrònics de alta precisió. Aquests són combinats amb terminus d'automatització de ramal (FTUs) amb funcions de telesignalització, telemetria, control remot i desconexió automàtica per recollir dades al punt de connexió a la xarxa de 10 kV i l'estat dels commutadors.

Els actuals comptadors de pulsos de porteria són reemplaçats amb comptadors d'energia electrònics trifàsics multifuncionals per recollir dades operatives de les unitats de generadors, que es transmeten al FTU mitjançant bus de camp. El FTU està equipat amb un mòdul de xifrat vertical de doble targeta de comunicació. Les dades es xifren de manera segura i es carreguen al sistema de dispatch integrat regional a través d'un canal de xarxa inalàmbrica pública dedicat amb una cobertura de senyal forta.

Quan una falla en la línia connectada a la xarxa provoca que el commutador de sortida de la subestació tripit, s'activa la protecció de pèrdua de tensió del FTU i l'interruptor de poste s'obre per desconectar la central de microhidroelectròtica de la xarxa. Es produeix la resincronització i reconexió després de la restauració de l'abastament d'energia.

​3.2 Equipament de paquet d'automatització digital​
El paquet d'automatització digital inclou interruptors de poste del tipus ZW32, disconnectors d'isolació doble, transformadors de tensió de potència i FTUs digitals. La unitat d'interruptor integra tres sensors electrònics combinats (EVCT) i una unitat digital local (ADMU).

L'estructura global és compacta i lleugera, facilitant la instal·lació i manteniment. En comparació amb el programari de supervisió tradicional de l'equip de detecció, aquest sistema permet al programari de supervisió obtenir dades operatives dels sistemes operatius de 32 unitats. Captura simultàniament mides de fitxers d'imatges de càmera i monitoritza si el programari dels equips de detecció (paquet petit, paquet barra, falta de barra en la caixa, detecció de cinc rodes) està funcionant normalment, juntament amb dades d'informació d'accions de rebut. Manifestacions específiques inclouen:

• El programari envia dades d'imatges rebutjades a la consola.
• El programari envia totes les dades d'imatges a la consola.
• El programari envia totes les dades estadístiques (incloent marca, data, hora, informació de la unitat, etc.) a la consola.

Aprofitant el servidor intranet de la fàbrica, quan el programari de supervisió de l'equip de detecció genera dades d'informació de falla, aquestes es transmeten al servidor, desencadenant alarms a lloc a través del servidor intranet de la fàbrica. Les dades d'informació de falla també s'alerten remotament a través de terminals PC i mòbils. Problemes com falles de programari, desconexions de càmera, falla de captura d'imatges de la càmera, sensors de detecció de paquets de tabac defectuosos, falla de recepció d'imatges de defectes i malfuncionament del dispositiu de rebut generen pop-ups d'avís a les interfícies de PC i mòbil. La pàgina d'alarma mostra informació de falla del dispositiu, ubicació, hora d'ocurrència i registres de gestió.

​3.3 Implementació del control d'alerta prèvia de la qualitat del producte​
Analitzant les dades de detecció de l'equip, es produeixen alertes prèvies quan el nombre de paquets de cigarrets defectuosos supera els llindars o es produeixen freqüències anòmalament elevades de defectes. La funció d'alerta de qualitat avisa al personal de manteniment per ajustar o reparar les parts rellevants de l'equip de producció principal, eliminant promptament els defectes de qualitat i prevenint la seva deterioració.

Es fan anàlisis de les dades dels dispositius de detecció de paquets petits, dispositius de detecció de cinc rodes, dispositius de detecció de falta de barra en la caixa i dispositius de detecció de paquets de barra basant-se en informació del nom de les imatges de defectes de qualitat (incloent l'hora de l'ocurrència del defecte, la quantitat de productes defectuosos i la ubicació de la càmera on es va detectar el defecte). Es produeix una alerta de defecte de producte quan el recompte de defectes supera el llindar d'alerta.

A través de l'anàlisi de l'hora i la quantitat de productes defectuosos, es poden fer anàlisis estadístiques de la freqüència de defectes en un cert període i tendències a llarg termini. Això proporciona una base per a la gestió de l'avaluació de l'equip, alertant oportunament al personal de manteniment per a ajustos i millorant la gestió científica de manteniment.

​3.4 Gestió centralitzada de l'estat de l'equip de detecció​
El personal de gestió de producció (personal de qualitat de processos, gestors d'equip) utilitza el sistema de supervisió per comparar i analitzar de manera centralitzada l'estat operatiu dels equips de detecció i les situacions de defectes de producte, assolint una gestió centralitzada de l'estat de l'equip de detecció. El sistema de supervisió de l'equip de detecció pot mostrar l'estat operatiu en temps real, les tendències de defectes de qualitat i l'anàlisi estadística de dades històriques per a tots els equips de detecció de la fàbrica, permetent una gestió centralitzada unificada de tot l'equip de la fàbrica.

Els registres històrics exhaustius de fallades poden analitzar la proporció d'unitats defectuoses, tipus de fallades, equips defectuosos i moments de màxima fallada. Es implementa una gestió de manteniment planificada per a unitats, tipus de fallades i equips amb fallades freqüents per prevenir-ne l'ocurrència.

​4 Conclusió​
En resum, el sistema de detecció d'equips a l'àrea de fabricació de cigarrets d'una fàbrica de tabac requereix una supervisió en línia en temps real per assegurar que es segueixi l'estat operatiu dels equips de detecció, proporcionant avisos i localització de fallades. Això redueix durant el procés de fabricació de paquets de cigarrets, assegura una operació de producció fluida i millora l'eficiència de la producció.