Új oszlopálló átkapcsolók alkalmazása kis vízerőművekben hegyvidéki területeken

A kis vízenergia alatt olyan erőműveket értünk, amelyek egyetlen egység telepített teljesítménye kevesebb 50 000 kV. A kis vízenergia integrációja a hálózati topológiát és az áramirányt módosítja. A szakirodalom elemezte és megvitatott a kis vízenergiával gazdag régiók szabályozásának kihívásait, tanulmányozta a kis vízenergiával rendelkező elosztó hálózati vonalak újraindítási stratégiáit, és javasolt egy új típusú automatikus biztonsági leválasztó eszközt a kis vízenergiához.

​1 A kis vízenergia jelenlegi helyzete a hegyvidéken​
A terület teljes területe 45 385 km², ahol a hegyes területek 98,3%-át teszik ki a régióból. 58 kis vízenergia-erőmű van, amelyek teljes telepített teljesítménye 41,45 MW, a legtöbbnek pedig 1 MW alatti a telepített teljesítménye. Ezek az erőművek széles körben oszlanak el, és rossz kommunikációs feltételek között működnek.

A koruk miatt ezek az erőművek főleg mechanikus irányítási berendezéseket használnak, és hiányzik belőlük az automatizált eszközök. A legtöbb bejáratmérő impulzmérő, amely kézzel olvasható, és nincs távoli továbbítási képessége. Az irányítási védelmi eszközök és szinkronizálási berendezések nincsenek kommunikációs interfészekkel, így az üzemanyagadatokat telefonon kell manuálisan jelenteni a diszpecsernek.

A hálózat 35 kV alakváltóinak 10 kV vonalai gyakran hibrid módban működnek, ahol a kis vízenergia és a terhelés felhasználása egyaránt megtalálható. Az állomás főtranszformátorainak magasspanlos oldala leejtő védőkkel van ellátva, amelyek egyszerű szerkezetűek, és T-kapcsolaton keresztül csatlakoznak a 10 kV hálózatra.

​2 A problémák elemzése​
​2.1 Hatása a vonalautomatikus ellenőrző berendezések aktiválására​
Az aktív elosztó hálózatokban, ha a kiszolgáló állomás kijáratán lévő átmeneti relé ugrásba kerül, a kis vízenergia-erőművek továbbra is energiát szolgáltathatnak a hiba helyére, ami akadályozza a hiba kioltását, és csökkenti a visszacsatlakozás sikertaraját. Ha a terjesztett energiaforrások (DER) csatlakoztatva maradnak a visszacsatlakozás során, aszinkron zárás történhet, ami nagy rámmerőket okoz, ami a visszacsatlakozás sikertalanságát és a kis vízenergia-egységek károsodását eredményezheti.

Néhány 10 kV hálózatra csatlakoztatott erőmű hiányzik a hálózatra csatlakoztatott vonalvédelem és a generátorvédelem alacsony feszültségű leválasztó védelme, ami nem felel meg a hálózati működési követelményeknek. Ez súlyosan befolyásolja a hálózat biztonságos és megbízható energiaellátását, valamint a generátorok működési időtartamát.

Amikor hiba történik a kis vízenergia-erőmű hálózatra csatlakoztatott csatornájában, a generátor nem tud gyorsan leválasztani a rendszeroldali hiba eltüntetése után. Ez aszinkron hálózatbeli újracsatlakozást eredményezhet a rendszeroldali vonal visszacsatlakozás után, ami megakadályozza a rendszeroldali visszacsatlakozás aktiválását, és okoz szükségtelen villamos energiahiányt a nyilvános transzformátorfelhasználóknál, ami jelentős negatív társadalmi hatással jár.

Tehát, amikor hiba történik a hálózatra csatlakoztatott csatornában, a generátor gyors leválasztásának hiánya súlyosan befolyásolja a hálózat biztonságos és megbízható energiaellátását, és aszinkron hálózatbeli újracsatlakozást okozhat.

​2.2 A diszpecseri információk átadásának tökéletlensége​
Mezői felmérések alapján a legtöbb kis vízenergia-erőmű hegyvidéki területeken található, messze a hálózat központi alakváltói től. A fenyőerdőkön keresztül vezetett dedikált optikai vezeték telepítése drága és megbízhatatlan lenne. Az automatizálási eszközök frissítése és a biztonságos adatátvitel vezeték nélküli privát hálózaton keresztül cibersécurit vizsgálat után is jelentős befektetést igényel. Emellett a legtöbb kis vízenergia-erőmű korlátozott kapacitással és alacsony termelési hatékonysággal rendelkezik, ami csökkenti a frissítésre való motivációt. A kommunikációs csatornák korlátozottsága miatt a diszpecseri központnak nem érkeznek teljes információk.

Azonban a valós idejű üzemadatok nem-továbbítása a regionális diszpecseri központhoz befolyásolja a diszpecseri elemzést a hálózatról, valamint a 10 kV elosztó transzformátorok megbízhatóságát a hálózatra csatlakoztatott vonalon. A diszpecseri platform sokáig vakon fog működni a kis vízenergia-erőművekkel, ami veszélyezteti a regionális hálózat biztonságos működését.

​3 Megoldások​
​3.1 A megoldás áttekintése​
A kis vízenergia-egységek hatékony figyelésének és adatszerezésének, valamint a hálózat biztonságának és megbízhatóságának növelésének érdekében a főtranszformátorok magasspanlos oldalán lévő leejtő védőket új oszlopfejű vakuumreléekkel helyettesítjük, amelyek nagy pontosságú elektronikus érzékelőkkel vannak ellátva. Ezeket táplálási automatizálási terminálokkal (FTU) párosítják, amelyek távoli jelzés, telemetria, távirányítás és automatikus leválasztás funkciókkal rendelkeznek, hogy adatokat gyűjtsenek a 10 kV hálózatra csatlakoztatott pontból és a kapcsoló állapotából.

A jelenlegi bejáratmérő impulzmérőket háromfázisú elektronikus multifunkciós energia-mérőkre cseréljük, hogy a generátor-egységekből származó üzemadatokat gyűjtsék, amelyeket mezőbuszon továbbítanak az FTUnak. Az FTU két kártyás kommunikációs függőleges titkosítási modullal van ellátva. Az adatok biztonságosan titkosítva lesznek, és erős jeles fedélzeti közvetlen vezeték nélküli hálózati csatornán keresztül feltöltjük az integrált regionális diszpecseri rendszerbe.

Amikor a hálózatra csatlakoztatott vonalon bekövetkező hiba miatt a kiszolgáló állomás kijáratán lévő átmeneti relé ugrásba kerül, az FTU alacsony feszültségű védelem aktiválódik, és az oszlopfejű relé kinyílik, hogy a kis vízenergia-erőműt a hálózattól leválassza. A szolgáltatás visszaállítása után újraszinkronizálás és újracsatlakozás történik.

​3.2 Digitális automatizálási csomag eszközei​
A digitális automatizálási csomag ZW32 típusú oszlopfejű reléket, kétoldalú izolációs leválasztókat, táplálási feszültség transzformátorokat és digitális FTU-kat tartalmaz. A relé egység három kombinált elektronikus érzékelőt (EVCT) és egy helyi digitális egységet (ADMU) integrál.

A teljes szerkezet kompakt és könnyű, ami megkönnyíti a telepítést és karbantartást. A hagyományos intelligens figyelő szoftverhez képest e rendszer lehetővé teszi, hogy a figyelő szoftver 32 egységből származó üzemadatokat szerezzen. Egyidejűleg a kamera képeinek fájl méretét is rögzíti, és figyeli, hogy a detekciós eszközök (kis csomag, dobozcsomag, hiányzó láda a dobozban, öt kerék detekció) szoftvere normálisan működik-e, valamint a kitiltási műveleti információ adatait. Konkrét megnyilvánulásai:

• A szoftver a kitiltott képadatokat a konzolra küldi.
• A szoftver az összes képadatot a konzolra küldi.
• A szoftver az összes statisztikai adatot (a márkát, a dátumot, az időpontot, az egység információját stb.) a konzolra küldi.

A gyár intranetes szerverének felhasználásával, amikor a detekciós eszközök figyelő szoftvere hibainformációt generál, az információ a szerverre továbbítódik, és helyszíni riasztást indít a gyár intranetes szerverén keresztül. A hibainformáció a PC-en és a mobilterminálon is távolról riaszt. Olyan problémák, mint a szoftver összeomlása, a kamera leválasztása, a kamera képek nem történő rögzítése, a doboz detekció érzékelők hibája, a hibás képek nem fogadása, és a kitiltó eszköz hibája, riasztó ablakokat indít a PC-en és a mobilinterfészen. A riasztási oldal a berendezés hibainformációját, helyét, bekövetkezési időpontját és kezelési naplóit jeleníti meg.

​3.3 Termékmínőség korai figyelmeztetési ellenőrzésének végrehajtása​
A berendezések detekciós adatainak elemzése alapján korai figyelmeztetést adunk, ha a defektív cigarettdobozok száma meghaladja a küszöbértéket, vagy anomális defektus gyakoriság történik. A minőségi figyelmeztetési funkció értesíti a karbantartó személyzetet, hogy a fő gyártási berendezések releváns részeit beállítsa vagy javítsa, így időben megszünteti a minőségi defektusokat, és megakadályozza a romlást.

A kis csomag detekciós eszközök, öt kerék detekciós eszközök, hiányzó láda a dobozban detekciós eszközök, és dobozcsomag detekciós eszközök adatainak elemzése a minőségi defektus kép nevének információi (a defektus bekövetkezésének ideje, a defektus termékek mennyisége, és a kamera helye, ahol a defektust detektálták) alapján történik. Minőségi figyelmeztetést adunk, ha a defektusok száma meghaladja a figyelmeztetési küszöbértéket.

A defektus termékek mennyiségének és időpontjának elemzésével statisztikailag elemzhetjük a defektusok gyakoriságát egy bizonyos időszamon belül és hosszú távon. Ez ad alapot a berendezés értékelési kezeléséhez, időben értesíti a karbantartó személyzetet a beállításokról, és javítja a tudományos karbantartási kezelést.

​3.4 A detekciós eszközök állapotának központosított kezelése​
A gyártási menedzsment személyzet (folyamatminőségi személyzet, berendezésmenedzserek) a figyelő rendszert használja a detekciós eszközök és a termékmínőségi defektusok működési állapotának központosított összehasonlítására és elemzésére, hogy a detekciós eszközök állapotának központosított kezelését elérje. A detekciós eszközök figyelő rendszere valós időben jelenítheti meg a gyárban lévő összes detekciós eszköz működési állapotát, a minőségi defektus trendeket, és a történelmi adatok statisztikai elemzését, hogy a gyár összes berendezésének egységes, központosított kezelését lehessen elérni.

A teljes történelmi hibaelőfordulási rekordok segítenek elemzésben a hibás egységek arányát, a hiba típusokat, a hibás berendezéseket, és a hiba csúcsidőpontjait. Tervezett karbantartási kezelést alkalmaznak a gyakori hibákat okozó egységek, hiba típusok, és berendezések esetében, hogy a hibák bekövetkezését megelőzzék.

​4 Következtetés​
Összefoglalva, a cigarettagyár dobozgyártó műhelyében lévő berendezés detekciós rendszere valós idejű online figyelést igényel, hogy a detekciós eszközök működési állapotát követheti, riasztásokat adjon, és hibahelyzeteket lokalizáljon. Ez csökkenti a cigarettdobozok gyártási folyamatában bekövetkező hibákat, biztosítja a sima gyártási működést, és javítja a termelékenységet.