Aplikace nových členových vypínačů v malých vodních elektrárnách v hornatých oblastech

Malá vodní elektrárna se týká elektráren s instalovaným výkonem jednotlivých jednotek nižším než 50 000 kV. Integrace malých vodních elektráren do distribuční sítě mění topologii systému a směr toku energie. Literatura analyzovala a diskutovala o výzvách při regulaci oblastí bohatých na malé vodní elektrárny, studovala strategie opětovného uzavření částí distribuční sítě s malými vodními elektrárnami a navrhla nový typ automatického bezpečnostního odpojovacího zařízení pro malé vodní elektrárny.

​1 Současná situace malých vodních elektráren v hornatých oblastech​
Celková plocha je 45 385 km², z toho 98,3 % tvoří hornatý terén. Existuje zde 58 malých vodních elektráren s celkovým instalovaným výkonem 41,45 MW, z nichž většina má instalovaný výkon nižší než 1 MW. Tyto elektrárny jsou široce rozprostřeny a trpí špatnými komunikačními podmínkami.

Vzhledem k jejich stáří používají tyto elektrárny především mechanické řídící zařízení a chybí jim zařízení pro automatizaci. Většina bránových čítačů jsou pulzní čítače, které spoléhají na ruční čtení bez možnosti vzdáleného přenosu dat. Zařízení pro řízení ochrany a synchronizace nemají komunikační rozhraní, což vyžaduje ruční hlášení provozních dat dispečerovi telefonicky.

10 kV linky sítě 35 kV podstací často fungují v hybridním režimu, kdy společně existují malé vodní elektrárny a spotřeba. Vysokovoltová strana hlavní transformace stanice používá padací pojistky, které jsou jednoduché v konstrukci a jsou spojeny s 10 kV síťovými linkami prostřednictvím T-spojů.

​2 Analýza problémů​
​2.1 Dopad na aktivaci automatických řídících zařízení linky​
V aktivních distribučních sítích, po vypnutí vývodového spínače podstace, mohou malé vodní elektrárny nadále dodávat energii k místu poruchy, což brání uhasení poruchového oblouku a snižuje úspěšnost opětovného uzavření. Pokud během opětovného uzavření zůstanou distribuované zdroje energie (DER) připojeny, může dojít k asynchronnímu uzavření, což způsobí proudy vryvu, které mohou způsobit selhání opětovného uzavření a poškození malých vodních elektráren.

Některé 10 kV síťové elektrárny chybí ochrana proti nízkému napětí jak pro ochranu síťové linky, tak i generátoru, což nesplňuje požadavky na provoz sítě. To zásadně ovlivňuje bezpečný a spolehlivý dodávku energie sítí a životnost generátorů.

Při výskytu poruchy v síťovém kanálu malé vodní elektrárny není generátor schopen rychle odpojit po odstranění poruchy ze strany systému. To může vést k asynchronnímu znovupřipojení po akci opětovného uzavření linky ze strany systému, což brání opětovnému uzavření ze strany systému a způsobuje zbytečné výpadky energie pro uživatele veřejných transformátorů, což má značný negativní společenský dopad.

Tedy, při výskytu poruchy v síťovém kanálu, neschopnost generátoru rychle odpojit zásadně ovlivňuje bezpečný a spolehlivý dodávku energie sítí a může způsobit asynchronní znovupřipojení.

​2.2 Nedostatečný přenos dispečerských informací​
Na základě terénních průzkumů se většina malých vodních elektráren nachází v hornatých oblastech, daleko od centrálních podstací sítě. Instalace speciálních optických kabelů skrz lesy by byla nákladná a nezpůsobilá. Upgradování zařízení pro automatizaci a přenos dat prostřednictvím bezpečných bezdrátových soukromých sítí po kybernetické hodnocení také vyžaduje významné investice. Kromě toho mají většina malých vodních elektráren omezenou kapacitu a nízkou efektivitu produkce energie, což snižuje motivaci k upgradu. Omezení komunikačních kanálů vedou k nedostatečnému přenosu informací do dispečinku.

Ale nedostatečný přenos reálných provozních dat do regionálního dispečinku ovlivňuje analýzu sítě dispečery a spolehlivost 10 kV distribučních transformátorů na síťových linkách. Dispečerská platforma bude nucena pracovat slepě pro malé vodní elektrárny po delší dobu, což ohrožuje bezpečný provoz regionální sítě.

​3 Řešení​
​3.1 Přehled řešení​
Pro dosažení efektivního monitoringu a sběru dat z malých vodních elektráren a zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti sítě jsou padací pojistky na vysokovoltové straně hlavních transformátorů nahrazeny novými sloupovými vakuumovými spínači vybavenými vysokopřesnými elektronickými senzory. Tyto jsou kombinovány s terminály feeder automatizace (FTU) s funkcemi vzdáleného signálování, telemetrie, vzdáleného řízení a automatického odpojení, aby sbírala data v bodě 10 kV síťového připojení a stav spínačů.

Stávající bránové pulzní čítače jsou nahrazeny třífázovými elektronickými multifunkčními energetickými čítači, které shromažďují provozní data z generátorových jednotek, která jsou přenášena do FTU přes fieldbus. FTU je vybaveno moduly vertikálního šifrování s dvojitými kartami. Data jsou bezpečně šifrována a nahrána do integrovaného regionálního dispečerského systému přes dedikovaný kanál veřejné bezdrátové sítě s silným pokrytím signálu.

Při výskytu poruchy na síťové lince, která způsobí vypnutí vývodového spínače podstace, se aktivuje ochrana proti ztrátě napětí v FTU a sloupový spínač se otevře, aby odpojil malou vodní elektrárnu od sítě. Po obnovení dodávky energie proběhne znovusynchronizace a znovupřipojení.

​3.2 Digitální balíček automatizačního zařízení​
Digitální balíček automatizačního zařízení zahrnuje sloupové spínače typu ZW32, dvojstranné izolační odpojovače, napájecí napěťové transformátory a digitální FTU. Spínačová jednotka integruje tři kombinované elektronické senzory (EVCT) a místní digitální jednotku (ADMU).

Celková struktura je kompaktní a lehká, což usnadňuje instalaci a údržbu. Ve srovnání s tradiční inteligentní software pro sledování detekčního zařízení umožňuje tento systém softwaru pro sledování získat provozní data z operačních systémů 32 jednotek. Zároveň zachycuje velikosti souborů z obrázků kamery a sleduje, zda software detekčních zařízení (malý balíček, tyčový balíček, chybějící tyč v krabici, pěti-kolová detekce) funguje správně, spolu s daty o odmítacích akcích. Konkrétní projevy zahrnují:

• Software odesílá odmítaná obrazová data na konzoli.
• Software odesílá všechna obrazová data na konzoli.
• Software odesílá všechna statistická data (včetně značky, data, času, informací o jednotkách atd.) na konzoli.

Využitím intranetu továrny, když software detekčního zařízení vygeneruje data o poruchách, jsou tato data přenesena na server, což aktivuje místní výstrahy prostřednictvím intranetu továrny. Data o poruchách jsou také vzdáleně upozorněna prostřednictvím PC a mobilních terminálů. Problémy jako selhání softwaru, odpojení kamery, selhání kamery při zachycování obrazů, vadné čidlo pro kontrolu přítomnosti balíčku cigaret, selhání přijetí obrazů vad, a selhání odmítacího zařízení aktivují vyskakovací okna s varováním na rozhraní PC a mobilních zařízení. Stránka s výstrahami zobrazuje informace o poruchách zařízení, místo výskytu, čas výskytu a záznamy o řešení.

​3.3 Implementace raného varování o kvalitě produktu​
Analýzou dat z detekčního zařízení jsou vydávány varování, když počet vadných balíčků cigaret překročí limity nebo dochází k abnormální frekvenci vad. Funkce varování o kvalitě upozorňuje personál údržby, aby provedl úpravy nebo opravy relevantních částí hlavní výrobní technologie, což umožňuje rychlé odstranění kvalitních vad a prevenci jejich zhoršení.

Data z detekčních zařízení pro malé balíčky, pěti-kolová detekční zařízení, detekční zařízení pro chybějící tyče v krabicích a detekční zařízení pro tyčové balíčky jsou analyzována na základě informací o názvu obrazu kvalitní vad (včetně času výskytu vady, množství vadných produktů a umístění kamery, kde byla vada detekována). Varování o vadě produktu je vydáno, když počet vad překročí varovnou hranici.

Analýzou času a množství vadných produktů lze statisticky analyzovat frekvenci vad za určité období a dlouhodobé trendy. To poskytuje základ pro hodnocení a správu zařízení, včasné upozornění personálu údržby na úpravy a zlepšení vědecké správy údržby.

​3.4 Centralizovaná správa stavu detekčního zařízení​
Personál výrobní správy (specialisté pro procesní kvalitu, manažeři zařízení) využívá monitorovací systém k centralizovanému srovnání a analýze provozního stavu detekčních zařízení a situace s vadami produktu, což umožňuje centralizovanou správu stavu detekčních zařízení. Monitorovací systém detekčních zařízení může zobrazit aktuální provozní stav, trendy kvalitních vad a historickou statistickou analýzu všech detekčních zařízení v továrně, což umožňuje unifikovanou centralizovanou správu všech zařízení v továrně.

Komplexní historické záznamy o poruchách mohou analyzovat podíl vadných jednotek, typy poruch, vadná zařízení a vrcholy časů poruch. Plánovaná správa údržby je implementována pro jednotky, typy poruch a zařízení s častými poruchami, aby se zabránilo jejich výskytu.

​4 Závěr​
Zhruba řečeno, detekční systém v dílně výroby cigaret v továrně na tabák vyžaduje reálné online sledování, aby zajistil sledování provozního stavu detekčních zařízení, poskytování výstrah a lokalizaci poruch. To snižuje počet vadných balíčků cigaret během výrobního procesu, zajišťuje hladký průběh výroby a zvyšuje výrobní efektivitu.