Aplicación de nuevos interruptores automáticos montados en poste en pequeñas centrales hidroeléctricas en zonas montañosas
La pequeña hidroelectricidad se refiere a centrales eléctricas con una capacidad instalada unitaria de menos de 50,000 kV. La integración de la pequeña hidroelectricidad en la red de distribución altera la topología del sistema y la dirección del flujo de energía. La literatura ha analizado y discutido los desafíos en la regulación de regiones ricas en pequeña hidroelectricidad, ha estudiado estrategias de recierre para líneas de red de distribución con pequeña hidroelectricidad, y ha propuesto un nuevo tipo de dispositivo de desconexión automática de seguridad para la pequeña hidroelectricidad.
1 Estado actual de la pequeña hidroelectricidad en zonas montañosas
El área total es de 45,385 km², con un terreno montañoso que representa el 98.3% de la región. Hay 58 centrales de pequeña hidroelectricidad con una capacidad instalada total de 41.45 MW, la mayoría de las cuales tienen una capacidad instalada inferior a 1 MW. Estas centrales están ampliamente distribuidas y sufren condiciones de comunicación deficientes.
Dadas su antigüedad, las centrales utilizan principalmente equipos de control mecánico y carecen de dispositivos de automatización. La mayoría de los medidores de puerta de enlace son medidores de pulso, que dependen de la lectura manual y no tienen capacidades de transmisión remota. Los dispositivos de control y protección, así como los equipos de sincronización, carecen de interfaces de comunicación, lo que requiere la notificación manual de los datos operativos a los despachadores por teléfono.
Las líneas de 10 kV de las subestaciones de 35 kV de la red a menudo operan en un modo híbrido donde coexisten la pequeña hidroelectricidad y el consumo de carga. El lado de alta tensión del transformador principal de la central utiliza fusibles de caída, que son de estructura simple y están conectados a las líneas de conexión a la red de 10 kV mediante conexiones en T.
2 Análisis de problemas
2.1 Impacto en la activación de dispositivos automáticos de control de línea
En redes de distribución activas, después de que un interruptor de salida de subestación salte, las centrales de pequeña hidroelectricidad pueden seguir suministrando energía al punto de falla, obstaculizando la extinción del arco de falla y reduciendo la tasa de éxito de recierre. Si los recursos de energía distribuida (DER) permanecen conectados durante el recierre, puede ocurrir un cierre asincrónico, resultando en corrientes de inrush que pueden causar el fracaso del recierre y dañar las unidades de pequeña hidroelectricidad.
Algunas plantas de generación de 10 kV carecen de protección de desconexión por baja tensión tanto para la protección de la línea de conexión a la red como para la protección del generador, no cumpliendo con los requisitos de operación de la red. Esto afecta gravemente el suministro seguro y confiable de energía de la red y la vida útil operativa de los generadores.
Cuando ocurre una falla en el canal de conexión a la red de una central de pequeña hidroelectricidad, el generador no logra desconectarse rápidamente después de que el lado del sistema elimina la falla. Esto puede llevar a una reconexión asincrónica a la red después de la acción de recierre del lado del sistema, impidiendo que se active el recierre del lado del sistema y causando cortes de energía innecesarios para los usuarios de transformadores públicos, resultando en un impacto social negativo significativo.
Por lo tanto, cuando ocurre una falla en el canal de conexión a la red, la incapacidad del generador para desconectarse rápidamente afecta gravemente el suministro seguro y confiable de energía de la red y puede causar una reconexión asincrónica a la red.
2.2 Transmisión incompleta de información de despacho
Basándose en encuestas de campo, la mayoría de las centrales de pequeña hidroelectricidad se encuentran en zonas montañosas, lejos de las subestaciones centrales de la red. Instalar cables de fibra óptica dedicados a través de bosques sería costoso e inseguro. La actualización de equipos de automatización y la transmisión de datos a través de redes privadas inalámbricas seguras después de evaluaciones de ciberseguridad también requiere una inversión significativa. Además, la mayoría de las plantas de pequeña hidroelectricidad tienen una capacidad limitada y un beneficio de generación de electricidad bajo, lo que reduce su incentivo para realizar actualizaciones. Las limitaciones de los canales de comunicación resultan en la transmisión incompleta de información al centro de despacho.
No obstante, la incapacidad de transmitir datos operativos en tiempo real al centro de despacho regional afecta el análisis de la red por parte de los despachadores y la confiabilidad de los transformadores de distribución de 10 kV en las líneas de conexión a la red. La plataforma de despacho se verá forzada a operar a ciegas durante períodos prolongados para las centrales de pequeña hidroelectricidad, poniendo en peligro la operación segura de la red regional.
3 Soluciones
3.1 Visión general de la solución
Para lograr un monitoreo y adquisición de datos efectivos para las unidades de pequeña hidroelectricidad y mejorar la seguridad y confiabilidad de la red, los fusibles de caída en el lado de alta tensión de los transformadores principales se reemplazan con nuevos interruptores de vacío montados en poste equipados con sensores electrónicos de alta precisión. Estos se combinan con Terminales de Automatización de Alimentadores (FTU) que cuentan con funciones de señalización remota, telemetría, control remoto y desconexión automática para recopilar datos en el punto de conexión a la red de 10 kV y el estado de los interruptores.
Los medidores de puerta de enlace de pulso existentes se reemplazan con medidores de energía multifuncionales trifásicos electrónicos para recopilar datos operativos de las unidades de generación, que se transmiten al FTU a través de un bus de campo. El FTU está equipado con un módulo de cifrado vertical de doble tarjeta. Los datos se cifran de manera segura y se cargan al sistema de despacho regional integrado a través de un canal de red inalámbrica pública dedicado con una fuerte cobertura de señal.
Cuando una falla en la línea de conexión a la red causa que el interruptor de salida de la subestación salte, se activa la protección contra pérdida de tensión del FTU, y el interruptor de poste se abre para desconectar la central de pequeña hidroelectricidad de la red. Se realiza la resincronización y reconexión después de la restauración del suministro de energía.
3.2 Equipamiento de paquete de automatización digital
El paquete de automatización digital incluye interruptores de poste ZW32, seccionadores de doble aislamiento, transformadores de potencia de tensión, y FTUs digitales. La unidad del interruptor integra tres sensores electrónicos combinados (EVCT) y una unidad digital local (ADMU).
La estructura general es compacta y ligera, facilitando la instalación y el mantenimiento. En comparación con el software de monitoreo tradicional de equipos de detección inteligente, este sistema permite que el software de monitoreo obtenga datos operativos de los sistemas operativos de 32 unidades. Captura simultáneamente tamaños de archivos de imágenes de cámaras y monitorea si el software de los dispositivos de detección (paquete pequeño, paquete de barra, falta de barra en caja, detección de cinco ruedas) está funcionando normalmente, junto con información de datos de acciones de rechazo. Manifestaciones específicas incluyen:
- El software envía datos de imagen rechazados a la consola.
- El software envía todos los datos de imagen a la consola.
- El software envía todos los datos estadísticos (incluyendo marca, fecha, hora, información de la unidad, etc.) a la consola.
Aprovechando el servidor intranet de la fábrica, cuando el software de monitoreo de los equipos de detección genera datos de información de fallas, estos se transmiten al servidor, desencadenando alarmas en el sitio a través del servidor intranet de la fábrica. Los datos de información de fallas también se alertan de forma remota a través de terminales PC y móviles. Problemas como bloqueos de software, desconexión de cámaras, fallo de las cámaras para capturar imágenes, sensores de detección de paquetes de tabaco defectuosos, fallo en recibir imágenes de defectos y mal funcionamiento de dispositivos de rechazo desencadenan ventanas emergentes de advertencia en las interfaces de PC y móviles. La página de alarma muestra información de fallas del dispositivo, ubicación, tiempo de ocurrencia y registros de manejo.
3.3 Implementación del control de alerta temprana de calidad del producto
Analizando los datos de detección de los equipos, se emiten alertas tempranas cuando el número de paquetes de cigarrillos defectuosos supera umbrales o ocurren frecuencias anormales de defectos. La función de alerta de calidad avisa al personal de mantenimiento para ajustar o reparar las partes relevantes del equipo de producción principal, eliminando de manera oportuna los defectos de calidad y evitando su deterioro.
Se analizan los datos de los dispositivos de detección de paquetes pequeños, dispositivos de detección de cinco ruedas, dispositivos de detección de falta de barra en caja y dispositivos de detección de paquetes de barra, basándose en la información del nombre de la imagen de defecto de calidad (incluyendo el momento de la ocurrencia del defecto, cantidad de productos defectuosos y la ubicación de la cámara donde se detectó el defecto). Se emite una alerta de defecto de producto cuando el conteo de defectos supera el umbral de alerta.
Analizando el tiempo y la cantidad de productos defectuosos, se pueden analizar estadísticamente la frecuencia de defectos en un cierto período y las tendencias a largo plazo. Esto proporciona una base para la gestión de evaluación de equipos, alertas oportunistas al personal de mantenimiento para ajustes, y mejora la gestión de mantenimiento científica.
3.4 Gestión centralizada del estado de los equipos de detección
El personal de gestión de producción (personal de calidad de proceso, gestores de equipos) utiliza el sistema de monitoreo para comparar y analizar de manera centralizada el estado operativo de los dispositivos de detección y las situaciones de defectos de productos, logrando una gestión centralizada del estado de los equipos de detección. El sistema de monitoreo de equipos de detección puede mostrar el estado operativo en tiempo real, las tendencias de defectos de calidad y el análisis estadístico de datos históricos para todo el equipo de detección de la fábrica, permitiendo una gestión centralizada unificada de todo el equipo de la fábrica.
Los registros históricos de fallas completos pueden analizar la proporción de unidades defectuosas, tipos de fallas, equipos defectuosos y momentos pico de fallas. Se implementa una gestión de mantenimiento planificado para unidades, tipos de fallas y equipos con fallas frecuentes para prevenir su ocurrencia.
4 Conclusión
En resumen, el sistema de detección de equipos en el taller de fabricación de cigarrillos de una fábrica de tabaco requiere un monitoreo en línea en tiempo real para garantizar que se siga el estado operativo de los dispositivos de detección, proporcionando alarmas y localización de fallas. Esto reduce los defectos durante el proceso de producción de paquetes de cigarrillos, asegurando operaciones de producción fluidas y mejorando la eficiencia de producción.
