Aplicación de novos interruptores automáticos montados en poste en centrais hidroeléctricas pequenas en zonas montañosas
A pequena hidroeléctrica refírese a centrais eléctricas cunha capacidade instalada unitaria inferior a 50.000 kV. A integración da pequena hidroeléctrica na rede de distribución altera a topoloxía do sistema e a dirección do fluxo de potencia. A literatura analizou e discutiu os desafíos na regulación de rexións ricas en pequena hidroeléctrica, estudiou estratexias de recierre para liñas de rede de distribución con pequena hidroeléctrica e propuxo un novo tipo de dispositivo de desconexión automática de seguridade para pequena hidroeléctrica.
1 Estado actual da pequena hidroeléctrica nas zonas montañosas
A área total é de 45.385 km², coa orografía montañosa que representa o 98,3% da rexión. Hai 58 centrais de pequena hidroeléctrica cunha capacidade instalada total de 41,45 MW, a maioría das cales teñen unha capacidade instalada inferior a 1 MW. Estas centrais están amplamente distribuídas e sufren condicións de comunicación deficientes.
Dada a súa idade, as centrais utilizan principalmente equipos de control mecánicos e carecen de dispositivos de automatización. A maioría dos contadores de porta son contadores de pulso, que dependen da lectura manual sen capacidades de transmisión remota. Os dispositivos de control e protección e os equipos de sincronización carecen de interfaces de comunicación, o que requiere a notificación manual dos datos operativos aos despachadores por teléfono.
As liñas de 10 kV das subestacións de 35 kV da rede operan frecuentemente nun modo híbrido onde a pequena hidroeléctrica e o consumo de carga coexisten. O lado de alta tensión do transformador principal da central utiliza fusibles de salto, que son simples en estructura e conectados ás liñas de conexión de 10 kV mediante conexiones T.
2 Análise de problemas
2.1 Impacto na activación de dispositivos automáticos de control de liña
Nas redes de distribución activas, despois de que un interruptor de salida da subestación tripe, as centrais de pequena hidroeléctrica poden continuar fornecendo enerxía ao punto de fallo, obstaculizando a extinción do arco de fallo e reducindo a taxa de éxito do recierre. Se os recursos energéticos distribuídos (DER) permanecen conectados durante o recierre, pode ocorrer un cierre asincrónico, resultando en correntes de inrush que poden causar o fracaso do recierre e danificar as unidades de pequena hidroeléctrica.
Algúns xeradores de 10 kV conectados á rede carecen de protección de desconexión por baixa tensión tanto no seu protector de liña de conexión como no protector de xerador, non cumprindo os requisitos de operación da rede. Isto afecta seriamente a fornecemento seguro e fiable de enerxía da rede e a vida útil operativa dos xeradores.
Cando ocorre un fallo no canal de conexión á rede dunha central de pequena hidroeléctrica, o xerador non se desconecta rapidamente despois de que o lado do sistema elimine o fallo. Isto pode levar a unha reconexión asincrónica á rede despois da acción de recierre da liña do lado do sistema, impedindo a activación do recierre do lado do sistema e causando cortes de enerxía innecesarios para os usuarios de transformadores públicos, resultando en un impacto social negativo significativo.
Así, cando ocorre un fallo no canal de conexión á rede, a incapacidade do xerador de desconectar rapidamente afecta seriamente o fornecemento seguro e fiable de enerxía da rede e pode causar unha reconexión asincrónica á rede.
2.2 Transmisión incompleta de información de despacho
Segundo as investigacións de campo, a maioría das centrais de pequena hidroeléctrica están situadas en zonas montañosas, lonxe das subestacións centrais da rede. Instalar cables de fibra óptica dedicados a través de bosques sería caro e pouco fiable. A actualización de equipos de automatización e a transmisión de datos a través de redes privadas semáforicas seguras após as avaliacións de cibersegurança tamén require un investimento significativo. Ademais, a maioría das centrais de pequena hidroeléctrica teñen unha capacidade limitada e un beneficio de xeración de enerxía baixo, reducindo a súa incentivo para actualizarse. As limitacións do canal de comunicación resultan en unha transmisión incompleta de información ao centro de despacho.
No entanto, a incapacidade de transmitir datos operativos en tempo real ao centro de despacho regional afecta a análise da rede polos despachadores e a fiabilidade dos transformadores de distribución de 10 kV nas liñas de conexión á rede. A plataforma de despacho terá que operar a cego durante períodos prolongados para as centrais de pequena hidroeléctrica, comprometendo a operación segura da rede regional.
3 Solucións
3.1 Visión xeral da solución
Para lograr un monitorización e adquisición de datos efectiva para as unidades de pequena hidroeléctrica e mellorar a seguridade e fiabilidade da rede, os fusibles de salto do lado de alta tensión dos transformadores principais son substituídos por novos interruptores de vacío montados en poste equipados con sensores electrónicos de alta precisión. Estes están emparellados con terminais de automatización de alimentación (FTUs) con funcións de señalización remota, telemetría, control remoto e desconexión automática para recoller datos no punto de conexión de 10 kV e o estado do interruptor.
Os contadores de pulso existentes son substituídos por contadores de enerxía electrónicos trifásicos multifunción para recoller datos operativos das unidades xeradoras, que son transmitidos ao FTU a través de un bus de campo. O FTU está equipado cun módulo de cifrado vertical de dobre tarxeta de comunicación. Os datos son cifrados de forma segura e subidos ao sistema de despacho integrado regional a través dun canal público semáforico dedicado con cobertura de sinal forte.
Cando un fallo na liña de conexión á rede causa que o interruptor de salida da subestación tripe, a protección de perda de tensión do FTU activa e o interruptor montado en poste abre para desconectar a central de pequena hidroeléctrica da rede. A resincronización e reconexión ocorren despois da restauración do suministro de enerxía.
3.2 Equipamento de paquete de automatización dixital
O paquete de automatización dixital inclúe interruptores de poste do tipo ZW32, interruptores de separación de dobre cara, transformadores de voltaxe de potencia e FTUs dixitais. A unidade do interruptor integra tres sensores electrónicos combinados (EVCT) e unha unidade dixital local (ADMU).
A estrutura xeral é compacta e leve, facilitando a instalación e mantemento. En comparación co software de monitorización inteligente tradicional de equipos de detección, este sistema permite que o software de monitorización obteña datos operativos dos sistemas operativos de 32 unidades. Captura simultaneamente tamaños de ficheiros de imaxes de cámara e monitoriza se o software de detección (pequeno paquete, paquete de barra, falta de barra na caixa, detección de cinco rodas) está funcionando normalmente, xunto coa información de datos de acción de rexeitado. Manifestacións específicas inclúen:
- O software envía datos de imaxe rexeitados ao consola.
- O software envía todos os datos de imaxe ao consola.
- O software envía todos os datos estadísticos (incluíndo marca, data, hora, información da unidade, etc.) ao consola.
Utilizando o servidor intranet da fábrica, cando o software de monitorización de equipos de detección xera datos de información de fallos, estes son transmitidos ao servidor, activando alarmas no local a través do servidor intranet da fábrica. Os datos de información de fallos tamén son alertados remotamente a través de terminais PC e móveis. Problemas como bloqueos de software, desconexións de cámara, fallo de captura de imaxes da cámara, sensores de detección de paquetes de tabaco defectuosos, fallo de recepción de imaxes de defectos e fallos de dispositivos de rexeitado activan ventanas emergentes de aviso en interfaces PC e móveis. A páxina de alarma mostra información de fallos do dispositivo, localización, hora de ocorrência e rexistros de manexo.
3.3 Implementación do control de aviso antecipado da calidade do produto
Ao analizar os datos de detección do equipo, emítense avisos antecipados cando o número de paquetes de cigarros defectuosos excede os límites ou ocorren frecuencias de defectos anormais. A función de aviso de calidade alerta ao persoal de mantemento para axustar ou reparar partes relevantes do equipo de produción principal, eliminando promptamente os defectos de calidade e previniendo a súa deterioración.
Os datos dos dispositivos de detección de paquetes pequenos, dispositivos de detección de cinco rodas, dispositivos de detección de falta de barra na caixa e dispositivos de detección de paquetes de barra son analizados en función da información do nome da imaxe de defecto de calidade (incluíndo a hora de ocorrência do defecto, cantidade de produtos defectuosos e a localización da cámara onde foi detectado o defecto). Emítense un aviso de defecto de produto cando o número de defectos excede o límite de aviso.
Ao analizar a hora e a cantidade de produtos defectuosos, pódese realizar unha análise estatística da frecuencia de defectos durante un período determinado e tendencias a longo prazo. Isto proporciona unha base para a xestión da avaliación do equipo, alertas oportunas ao persoal de mantemento para axustes e mellora a xestión científica do mantemento.
3.4 Xestión centralizada do estado do equipo de detección
O persoal de xestión de produción (personal de calidade de proceso, xestores de equipos) utiliza o sistema de monitorización para comparar e analizar de xeito centralizado o estado operativo dos dispositivos de detección e as situacións de defectos de produto, logrando unha xestión centralizada do estado do equipo de detección. O sistema de monitorización do equipo de detección pode mostrar o estado operativo en tempo real, as tendencias de defectos de calidade e a análise estatística de datos históricos para todo o equipo de detección da fábrica, permitindo unha xestión centralizada unificada de todo o equipo da fábrica.
Os rexistros históricos completos de fallos poden analizar a proporción de unidades defectuosas, tipos de fallos, equipos defectuosos e horas pico de fallos. A xestión de mantemento planificado é implementada para unidades, tipos de fallos e equipos con fallos frecuentes para prevenir as súas ocurrencias.
4 Conclusión
En resumo, o sistema de detección de equipos no taller de fabricación de cigarros dunha fábrica de tabaco require unha monitorización en liña en tempo real para asegurar o seguimento do estado operativo dos dispositivos de detección, proporcionando alarmas e localización de fallos. Esto reduce durante o proceso de produción de paquetes de cigarros, asegurando unha operación de produción fluida e mellorando a eficiencia de produción.
