Applicazione di nuovi interruttori a monte su pali nelle piccole centrali idroelettriche in zone montane

La piccola idroelettrica si riferisce a centrali elettriche con una capacità installata di singolo gruppo inferiore a 50.000 kV. L'integrazione della piccola idroelettrica nella rete di distribuzione modifica la topologia del sistema e la direzione del flusso di potenza. La letteratura ha analizzato e discusso le sfide nella regolazione delle regioni ricche di piccole centrali idroelettriche, studiato strategie di reclosing per linee di rete di distribuzione con piccole centrali idroelettriche e proposto un nuovo tipo di dispositivo di disconnessione automatica di sicurezza per piccole centrali idroelettriche.

​1 Situazione attuale della piccola idroelettrica nelle aree montane​
L'area totale è di 45.385 km², con un terreno montuoso che rappresenta il 98,3% della regione. Ci sono 58 piccole centrali idroelettriche con una capacità installata totale di 41,45 MW, la maggior parte delle quali ha una capacità installata inferiore a 1 MW. Queste stazioni sono ampiamente distribuite e soffrono di condizioni di comunicazione pessime.

A causa della loro età, le stazioni utilizzano principalmente dispositivi di controllo meccanici e mancano di dispositivi di automazione. La maggior parte dei contatori gateway sono contatori a impulsi, che dipendono dalla lettura manuale senza capacità di trasmissione remota. I dispositivi di protezione e sincronizzazione mancano di interfacce di comunicazione, rendendo necessario il rilevamento manuale dei dati operativi ai dispatcher tramite telefono.

Le linee a 10 kV delle sottostazioni a 35 kV della rete spesso operano in modalità ibrida dove piccole centrali idroelettriche e consumo di carico coesistono. Il lato ad alta tensione del trasformatore principale della stazione utilizza fusibili a caduta, che sono semplici di struttura e collegati alle linee a 10 kV mediante connessioni T.

​2 Analisi dei problemi​
​2.1 Impatto sull'attivazione dei dispositivi di controllo automatico delle linee​
Nelle reti di distribuzione attive, dopo lo scatto dell'interruttore di uscita della sottostazione, le piccole centrali idroelettriche possono continuare a fornire energia al punto di guasto, ostacolando l'estinzione dell'arco di guasto e riducendo il tasso di successo del reclosing. Se le risorse energetiche distribuite (DER) rimangono collegate durante il reclosing, può verificarsi un accoppiamento asincrono, causando correnti d'impeto che possono portare al fallimento del reclosing e danneggiare le unità di piccole centrali idroelettriche.

Alcune centrali elettriche a 10 kV collegate alla rete mancano di protezione di disconnessione per bassa tensione sia per la protezione della linea collegata alla rete che per la protezione del generatore, non soddisfando i requisiti di operazione della rete. Questo influenza gravemente l'approvvigionamento elettrico sicuro e affidabile della rete e la durata operativa dei generatori.

Quando si verifica un guasto nel canale di collegamento alla rete di una piccola centrale idroelettrica, il generatore non riesce a disconnettersi rapidamente dopo che il lato sistema ha eliminato il guasto. Ciò può portare a un riaccoppiamento asincrono alla rete dopo l'azione di reclosing del lato sistema, impedendo l'attivazione del reclosing del lato sistema e causando interruzioni di energia inutili per gli utenti dei trasformatori pubblici, con un significativo impatto negativo sulla società.

Pertanto, quando si verifica un guasto nel canale di collegamento alla rete, l'incapacità del generatore di disconnettersi rapidamente influenza gravemente l'approvvigionamento elettrico sicuro e affidabile della rete e può causare un riaccoppiamento asincrono.

​2.2 Trasmissione incompleta delle informazioni di dispatch​
Basandosi su rilevamenti sul campo, la maggior parte delle piccole centrali idroelettriche si trova in aree montane, lontane dalle sottostazioni centrali della rete. L'installazione di cavi ottici dedicati attraverso le foreste sarebbe costosa e poco affidabile. L'aggiornamento dei dispositivi di automazione e la trasmissione dei dati tramite reti private wireless sicure dopo valutazioni di sicurezza informatica richiede anche un investimento significativo. Inoltre, la maggior parte delle piccole centrali idroelettriche ha una capacità limitata e benefici economici bassi, riducendo l'incentivo per gli aggiornamenti. Le limitazioni del canale di comunicazione comportano una trasmissione incompleta delle informazioni al centro di dispatch.

Tuttavia, l'impossibilità di trasmettere dati operativi in tempo reale al centro di dispatch regionale influenza l'analisi della rete da parte dei dispatcher e l'affidabilità dei trasformatori di distribuzione a 10 kV sulle linee collegate alla rete. La piattaforma di dispatch sarà costretta a operare in modo cieco per le piccole centrali idroelettriche per lunghi periodi, mettendo a rischio l'operazione sicura della rete regionale.

​3 Soluzioni​
​3.1 Panoramica della soluzione​
Per raggiungere un monitoraggio efficace e l'acquisizione di dati per le unità di piccole centrali idroelettriche e migliorare la sicurezza e l'affidabilità della rete, i fusibili a caduta sul lato ad alta tensione dei trasformatori principali vengono sostituiti con nuovi interruttori a vuoto montati su pali dotati di sensori elettronici ad alta precisione. Questi sono abbinati a Terminali di Automazione di Alimentatore (FTU) dotati di funzioni di telecomando, telemetria, comando remoto e disconnessione automatica per raccogliere dati al punto di connessione a 10 kV e lo stato degli interruttori.

I contatori a impulsi gateway esistenti vengono sostituiti con contatori multifunzionali elettronici trifase per raccogliere i dati operativi dalle unità generate, che vengono trasmessi all'FTU tramite bus di campo. L'FTU è dotato di un modulo di crittografia verticale a doppia scheda. I dati vengono crittografati in modo sicuro e caricati al sistema di dispatch integrato regionale tramite un canale di rete pubblica wireless dedicato con copertura di segnale forte.

Quando un guasto sulla linea di connessione alla rete causa lo scatto dell'interruttore di uscita della sottostazione, la protezione di perdita di tensione dell'FTU si attiva e l'interruttore a vuoto montato sul palo si apre per disconnettere la piccola centrale idroelettrica dalla rete. Si verifica la risincronizzazione e la riconnessione dopo il ripristino dell'energia.

​3.2 Equipaggiamento di pacchetto di automazione digitale​
Il pacchetto di automazione digitale include interruttori a vuoto montati su pali del tipo ZW32, disgiuntori isolanti a doppia faccia, trasformatori di tensione di alimentazione e FTU digitali. L'unità dell'interruttore integra tre sensori elettronici combinati (EVCT) e un'unità digitale locale (ADMU).

La struttura complessiva è compatta e leggera, facilitando l'installazione e la manutenzione. A differenza del software di monitoraggio tradizionale dei dispositivi di rilevamento intelligenti, questo sistema consente al software di monitoraggio di ottenere dati operativi dai sistemi operativi di 32 unità. Cattura contemporaneamente le dimensioni dei file dalle immagini delle telecamere e monitora se il software dei dispositivi di rilevamento (piccolo pacchetto, bar-pacchetto, mancanza di barra nella scatola, rilevamento a cinque ruote) sta funzionando normalmente, insieme alle informazioni sui rifiuti. Manifestazioni specifiche includono:

• Il software invia i dati delle immagini rifiutate al pannello di controllo.
• Il software invia tutti i dati delle immagini al pannello di controllo.
• Il software invia tutti i dati statistici (inclusi marchio, data, ora, informazioni sull'unità, ecc.) al pannello di controllo.

Sfruttando il server intranet aziendale, quando il software di monitoraggio dei dispositivi di rilevamento genera dati di informazioni di guasto, questi vengono trasmessi al server, attivando allarmi sul posto tramite il server intranet aziendale. I dati di informazioni di guasto vengono anche allertati remotamente tramite PC e terminali mobili. Problemi come crash del software, disconnessione delle telecamere, mancata cattura di immagini da parte delle telecamere, sensori difettosi per il rilevamento della presenza di pacchetti di sigarette, mancata ricezione di immagini di difetto e malfunzionamenti del dispositivo di rifiuto attivano popup di avviso sulle interfacce PC e mobili. La pagina di allarme visualizza le informazioni sul guasto del dispositivo, la posizione, l'ora di occorrenza e i record di gestione.

​3.3 Implementazione del controllo di preallarme della qualità del prodotto​
Analizzando i dati di rilevamento dall'equipaggiamento, vengono emessi preallarmi quando il numero di pacchetti di sigarette difettosi supera le soglie o si verificano frequenze di difetti anomale. La funzione di preallarme di qualità avvisa il personale di manutenzione di regolare o riparare le parti pertinenti dell'equipaggiamento di produzione principale, eliminando prontamente i difetti di qualità e prevenendo il deterioramento.

I dati dai dispositivi di rilevamento di piccoli pacchetti, dispositivi di rilevamento a cinque ruote, dispositivi di rilevamento di mancanza di barre nella scatola e dispositivi di rilevamento di pacchetti a barre vengono analizzati in base alle informazioni sul nome delle immagini dei difetti di qualità (inclusi il momento in cui si verifica il difetto, la quantità di prodotti difettosi e la posizione della telecamera dove viene rilevato il difetto). Viene emesso un preallarme di difetto del prodotto quando il conteggio dei difetti supera la soglia di allarme.

Analizzando il momento e la quantità dei prodotti difettosi, è possibile effettuare un'analisi statistica della frequenza dei difetti in un determinato periodo e delle tendenze a lungo termine. Questo fornisce una base per la gestione della valutazione dell'equipaggiamento, avvisi tempestivi al personale di manutenzione per regolazioni e migliora la gestione scientifica della manutenzione.

​3.4 Gestione centralizzata dello stato dei dispositivi di rilevamento​
Il personale di gestione della produzione (personale di qualità del processo, responsabili dell'equipaggiamento) utilizza il sistema di monitoraggio per confrontare e analizzare in modo centralizzato lo stato operativo dei dispositivi di rilevamento e le situazioni di difetto del prodotto, realizzando una gestione centralizzata dello stato dei dispositivi di rilevamento. Il sistema di monitoraggio dei dispositivi di rilevamento può visualizzare lo stato operativo in tempo reale, le tendenze dei difetti di qualità e l'analisi statistica dei dati storici per tutti i dispositivi di rilevamento nell'azienda, consentendo una gestione centralizzata unificata di tutto l'equipaggiamento aziendale.

I registri storici completi dei guasti possono analizzare la proporzione di unità difettose, i tipi di guasto, l'equipaggiamento difettoso e i momenti di punta dei guasti. Vengono implementate misure di gestione della manutenzione pianificata per le unità, i tipi di guasto e l'equipaggiamento con guasti frequenti per prevenirne l'insorgenza.

​4 Conclusione​
In sintesi, il sistema di rilevamento dell'equipaggiamento nello stabilimento di produzione di sigarette di un'azienda tabacchiera richiede un monitoraggio online in tempo reale per garantire il tracciamento dello stato operativo dei dispositivi di rilevamento, fornendo allarmi e localizzazione dei guasti. Ciò riduce durante il processo di produzione dei pacchetti di sigarette, assicura operazioni di produzione lisce e migliora l'efficienza produttiva.