Application des nouveaux disjoncteurs à poteau dans les petites centrales hydroélectriques en zone montagneuse
La petite hydroélectricité fait référence aux centrales dont la capacité installée unitaire est inférieure à 50 000 kV. L'intégration de la petite hydroélectricité au réseau de distribution modifie la topologie du système et la direction du flux d'énergie. La littérature a analysé et discuté des défis de la régulation dans les régions riches en petite hydroélectricité, étudié les stratégies de recouplage pour les lignes de réseau de distribution avec petite hydroélectricité, et proposé un nouveau type de dispositif automatique de déconnexion sécurisée pour la petite hydroélectricité.
1 État actuel de la petite hydroélectricité dans les zones montagneuses
La superficie totale est de 45 385 km², dont 98,3 % sont des terrains montagneux. Il y a 58 petites centrales hydroélectriques avec une capacité installée totale de 41,45 MW, dont la plupart ont une capacité installée inférieure à 1 MW. Ces centrales sont largement réparties et souffrent de conditions de communication médiocres.
En raison de leur ancienneté, ces centrales utilisent principalement des équipements de contrôle mécaniques et manquent de dispositifs d'automatisation. La plupart des compteurs de portail sont des compteurs à impulsions, qui dépendent de la lecture manuelle sans capacités de transmission à distance. Les dispositifs de protection de contrôle et d'équipements de synchronisation manquent d'interfaces de communication, nécessitant une notification manuelle des données opérationnelles aux dispatcheurs par téléphone.
Les lignes de 10 kV des postes de transformation de 35 kV du réseau fonctionnent souvent en mode hybride où la petite hydroélectricité et la consommation de charge coexistent. Le côté haute tension du transformateur principal de la station utilise des fusibles à chute, qui sont simples de structure et connectés aux lignes de raccordement de 10 kV via des connexions T.
2 Analyse des problèmes
2.1 Impact sur l'activation des dispositifs de contrôle automatique des lignes
Dans les réseaux de distribution actifs, après le déclenchement d'un disjoncteur de sortie de poste, les petites centrales hydroélectriques peuvent continuer à alimenter le point de panne, entravant l'extinction de l'arc de panne et réduisant le taux de réussite du recouplage. Si les ressources d'énergie distribuées (RED) restent connectées pendant le recouplage, un couplage asynchrone peut se produire, entraînant des courants de ruée qui peuvent provoquer l'échec du recouplage et endommager les unités de petite hydroélectricité.
Certaines centrales de 10 kV raccordées au réseau manquent de protection de déconnexion en cas de sous-tension pour la protection de la ligne raccordée et la protection du générateur, ne répondant pas aux exigences d'exploitation du réseau. Cela affecte gravement l'approvisionnement en électricité sûr et fiable du réseau et la durée de vie opérationnelle des générateurs.
Lorsqu'une panne se produit dans le canal de raccordement d'une petite centrale hydroélectrique, le générateur ne parvient pas à se déconnecter rapidement après que le côté système ait éliminé la panne. Cela peut conduire à un re-raccordement asynchrone après l'action de recouplage de la ligne côté système, empêchant l'activation du recouplage côté système et causant des coupures de courant inutiles pour les utilisateurs des transformateurs publics, entraînant un impact social négatif significatif.
Ainsi, lorsque une panne se produit dans le canal de raccordement, l'incapacité du générateur à se déconnecter rapidement affecte gravement l'approvisionnement en électricité sûr et fiable du réseau et peut causer un re-raccordement asynchrone.
2.2 Transmission incomplète des informations de dispatching
D'après les enquêtes sur le terrain, la plupart des petites centrales hydroélectriques sont situées dans des zones montagneuses, loin des postes de transformation centraux du réseau. L'installation de câbles optiques dédiés à travers les forêts serait coûteuse et peu fiable. La mise à niveau des équipements d'automatisation et la transmission de données via des réseaux privés sans fil sécurisés après des évaluations de cybersécurité nécessitent également un investissement important. De plus, la plupart des petites centrales hydroélectriques ont une capacité limitée et un rendement de production électrique faible, réduisant leur incitation à la mise à niveau. Les limitations des canaux de communication entraînent une transmission incomplète des informations au centre de dispatching.
Cependant, l'incapacité à transmettre les données opérationnelles en temps réel au centre de dispatching régional affecte l'analyse du réseau par les dispatchers et la fiabilité des transformateurs de distribution de 10 kV sur les lignes raccordées. La plateforme de dispatching sera forcée de fonctionner aveuglément pour les petites centrales hydroélectriques pendant de longues périodes, mettant en péril l'exploitation sûre du réseau régional.
3 Solutions
3.1 Aperçu de la solution
Pour assurer un suivi efficace et l'acquisition de données pour les unités de petite hydroélectricité et améliorer la sécurité et la fiabilité du réseau, les fusibles à chute du côté haute tension des transformateurs principaux sont remplacés par de nouveaux disjoncteurs à vide sur poteau équipés de capteurs électroniques de haute précision. Ceux-ci sont jumelés avec des terminaux d'automatisation de feeders (FTU) dotés de fonctions de télésignalisation, télémétrie, télécommande et déconnexion automatique pour collecter les données au point de raccordement de 10 kV et l'état des commutateurs.
Les compteurs de portail à impulsions existants sont remplacés par des compteurs multifonctionnels électroniques triphasés pour collecter les données opérationnelles des unités de génération, qui sont transmises au FTU via un bus de terrain. Le FTU est équipé d'un module de chiffrement vertical à double carte. Les données sont chiffrées en toute sécurité et téléchargées vers le système de dispatching régional intégré via un canal sans fil public dédié avec une couverture de signal forte.
Lorsqu'une panne sur la ligne de raccordement provoque le déclenchement du disjoncteur de sortie de poste, la protection de perte de tension du FTU s'active, et le disjoncteur sur poteau s'ouvre pour déconnecter la petite centrale hydroélectrique du réseau. La resynchronisation et la reconduction se produisent après la restauration de l'alimentation électrique.
3.2 Équipement de paquet d'automatisation numérique
Le paquet d'automatisation numérique comprend des disjoncteurs sur poteau de type ZW32, des interrupteurs d'isolement doubles, des transformateurs de tension de puissance et des FTU numériques. L'unité de disjoncteur intègre trois capteurs électroniques combinés (EVCT) et une unité locale numérique (ADMU).
La structure globale est compacte et légère, facilitant l'installation et la maintenance. Comparativement aux logiciels de surveillance intelligents traditionnels des équipements de détection, ce système permet au logiciel de surveillance d'obtenir des données opérationnelles des systèmes d'exploitation de 32 unités. Il capture simultanément la taille des fichiers à partir des images de caméra et surveille si le logiciel des équipements de détection (petit paquet, barre emballée, absence de barre dans la boîte, détection des cinq roues) fonctionne normalement, ainsi que les données d'informations sur les actions de rejet. Les manifestations spécifiques incluent :
- Le logiciel envoie les données d'image rejetées à la console.
- Le logiciel envoie toutes les données d'image à la console.
- Le logiciel envoie toutes les données statistiques (y compris la marque, la date, l'heure, les informations sur l'unité, etc.) à la console.
En utilisant le serveur intranet de l'usine, lorsque le logiciel de surveillance des équipements de détection génère des données d'information de panne, celles-ci sont transmises au serveur, déclenchant des alarmes sur site via le serveur intranet de l'usine. Les données d'information de panne sont également alertées à distance via des terminaux PC et mobiles. Des problèmes tels que les plantages de logiciel, les déconnexions de caméra, l'incapacité de la caméra à capturer des images, les capteurs de détection de présence de paquets de cigarettes défectueux, l'incapacité à recevoir des images de défaut et les pannes de dispositifs de rejet déclenchent des pop-ups d'avertissement sur les interfaces PC et mobiles. La page d'alarme affiche les informations sur la panne de l'appareil, l'emplacement, l'heure de survenue et les enregistrements de traitement.
3.3 Mise en œuvre du contrôle préventif de la qualité du produit
En analysant les données de détection provenant des équipements, des avertissements préventifs sont émis lorsque le nombre de paquets de cigarettes défectueux dépasse les seuils ou que des fréquences de défauts anormales se produisent. La fonction d'avertissement de qualité alerte le personnel de maintenance pour ajuster ou réparer les parties pertinentes des équipements de production principaux, éliminant rapidement les défauts de qualité et évitant leur aggravation.
Les données provenant des dispositifs de détection de petits paquets, des dispositifs de détection des cinq roues, des dispositifs de détection d'absence de barre dans la boîte et des dispositifs de détection de paquets de barres sont analysées en fonction des informations sur le nom des images de défaut (y compris l'heure de survenue du défaut, la quantité de produits défectueux et l'emplacement de la caméra où le défaut a été détecté). Un avertissement de défaut de produit est émis lorsque le nombre de défauts dépasse le seuil d'avertissement.
En analysant l'heure et la quantité de produits défectueux, la fréquence des défauts sur une certaine période et les tendances à long terme peuvent être analysées statistiquement. Cela fournit une base pour la gestion de l'évaluation des équipements, alerte en temps opportun le personnel de maintenance pour des ajustements, et renforce la gestion scientifique de la maintenance.
3.4 Gestion centralisée de l'état des équipements de détection
Le personnel de gestion de production (personnel de qualité de processus, gestionnaires d'équipements) utilise le système de surveillance pour comparer et analyser de manière centralisée l'état opérationnel des dispositifs de détection et les situations de défaut de produit, réalisant une gestion centralisée de l'état des équipements de détection. Le système de surveillance des équipements de détection peut afficher l'état opérationnel en temps réel, les tendances de défaut de qualité et l'analyse statistique des données historiques pour tous les équipements de détection de l'usine, permettant une gestion centralisée unifiée de tous les équipements de l'usine.
Des enregistrements historiques de pannes complets peuvent analyser la proportion d'unités défectueuses, les types de pannes, les équipements défectueux et les heures de pointe de pannes. Une gestion de maintenance planifiée est mise en œuvre pour les unités, les types de pannes et les équipements présentant des pannes fréquentes afin de prévenir leur occurrence.
4 Conclusion
En résumé, le système de détection d'équipements dans l'atelier de fabrication de cigarettes d'une usine de tabac nécessite une surveillance en ligne en temps réel pour suivre l'état opérationnel des dispositifs de détection, fournir des alarmes et localiser les pannes. Cela réduit les problèmes lors du processus de production de paquets de cigarettes, assure des opérations de production fluides et améliore l'efficacité de production.
