Zastosowanie nowych przekaźników montowanych na słupach w małych elektrowniach wodnych w terenach górskich
Małe elektrownie wodne to elektrownie o pojedynczej zainstalowanej mocy poniżej 50 000 kV. Integracja małych elektrowni wodnych do sieci dystrybucji zmienia topologię systemu i kierunek przepływu energii. W literaturze analizowano i omawiano wyzwania związane z regulacją regionów bogatych w małe elektrownie wodne, badano strategie ponownego zamykania lini dystrybucji z małymi elektrowniami wodnymi, oraz zaproponowano nowy typ automatu bezpieczeństwa automatycznego odłączenia dla małych elektrowni wodnych.
1 Obecny stan małych elektrowni wodnych w terenach górskich
Całkowita powierzchnia wynosi 45 385 km², przy czym tereny górskie stanowią 98,3% regionu. Istnieje 58 małych elektrowni wodnych o łącznej zainstalowanej mocy 41,45 MW, z których większość ma moc poniżej 1 MW. Te stacje są szeroko rozłożone i cierpią na słabe warunki komunikacyjne.
Ze względu na ich wiek, stacje głównie używają sprzętu mechanicznego do sterowania i brakuje im urządzeń automatycznych. Większość liczników bramkowych to liczniki impulsowe, które opierają się na ręcznym odczycie bez zdolności do transmisji zdalnej. Urządzenia sterujące i synchronizujące brakują interfejsów komunikacyjnych, co wymusza ręczne zgłaszanie danych operacyjnych dyspozytorom przez telefon.
Linie 10 kV podstacji sieci 35 kV często działają w trybie hybrydowym, gdzie mała energia wodna i zużycie obciążeń istnieją równolegle. Wysokie napięcie strony głównej transformatora używa wyłączników zrzucających, które mają prostą konstrukcję i są połączone z liniami 10 kV poprzez połączenia T.
2 Analiza problemów
2.1 Wpływ na aktywację urządzeń automatycznego sterowania linią
W aktywnych sieciach dystrybucji, po wytrąceniu wyłącznika wylotowego podstacji, małe elektrownie wodne mogą nadal dostarczać energię do miejsca awarii, utrudniając zgaszenie łuku awaryjnego i obniżając szanse na udane ponowne zamykanie. Jeśli zasoby energetyczne rozproszone (DER) pozostaną podłączone podczas ponownego zamykania, może dojść do asynchronicznych zamknięć, powodujących prądy wyrównawcze, które mogą spowodować niepowodzenie ponownego zamykania i uszkodzenie jednostek małych elektrowni wodnych.
Niektóre elektrownie łączące się z siecią 10 kV brakują ochrony przed niskim napięciem zarówno dla ochrony linii łączącej się z siecią, jak i dla ochrony generatora, co nie spełnia wymagań dotyczącego działania sieci. To poważnie wpływa na bezpieczne i niezawodne zaopatrzenie w energię elektryczną oraz na czas eksploatacji generatorów.
Gdy wystąpi awaria w kanale łączącym się z siecią małej elektrowni wodnej, generator nie jest w stanie szybko się odłączyć po usunięciu awarii ze strony systemu. Może to prowadzić do asynchronicznego ponownego połączenia z siecią po akcji ponownego zamykania linii ze strony systemu, uniemożliwiając aktywację ponownego zamykania ze strony systemu i powodując niepotrzebne przerwy w dostawie energii dla użytkowników publicznych transformatorów, co ma znaczny negatywny wpływ społeczny.
Stąd, gdy wystąpi awaria w kanale łączącym się z siecią, niezdolność generatora do szybkiego odłączenia poważnie wpływa na bezpieczne i niezawodne zaopatrzenie w energię elektryczną i może prowadzić do asynchronicznego ponownego połączenia z siecią.
2.2 Niekompletne przekazywanie informacji dyspozytorych
Na podstawie badań terenowych, większość małych elektrowni wodnych znajduje się w terenach górskich, daleko od centralnych podstacji sieci. Instalacja dedykowanych kabli światłowodowych przez lasy byłaby kosztowna i mało niezawodna. Uaktualnienie urządzeń automatycznych i transmisja danych poprzez bezpieczne prywatne sieci bezprzewodowe po ocenie bezpieczeństwa cybernetycznego również wymaga znacznych inwestycji. Ponadto większość małych elektrowni wodnych ma ograniczoną pojemność i niską efektywność generowania energii, co zmniejsza ich motywację do modernizacji. Ograniczenia kanałów komunikacyjnych prowadzą do niekompletnego przekazywania informacji do centrum dyspozytorskiego.
Jednak niezdolność do przekazywania danych operacyjnych w czasie rzeczywistym do regionalnego centrum dyspozytorskiego wpływa na analizę sieci przez dyspozytorów oraz na niezawodność transformatorów dystrybucji 10 kV na liniach łączących się z siecią. Platforma dyspozytorska będzie zmuszona do ślepego działania dla małych elektrowni wodnych przez dłuższy czas, narażając bezpieczeństwo działania regionalnej sieci.
3 Rozwiązania
3.1 Przegląd rozwiązania
Aby osiągnąć skuteczne monitorowanie i pozyskiwanie danych z małych elektrowni wodnych oraz zwiększyć bezpieczeństwo i niezawodność sieci, wyłączniki zrzucające na stronie wysokiego napięcia głównych transformatorów są zastępowane nowymi próżniowymi wyłącznikami montowanymi na słupie wyposażonymi w precyzyjne czujniki elektroniczne. Są one połączone z terminalami automatyzacji linii (FTU) wyposażonymi w funkcje zdalnego sygnalizowania, telemetrii, sterowania zdalnego i automatycznego odłączania, aby zbierać dane w punkcie łączenia się z siecią 10 kV oraz status przełączników.
Istniejące liczniki impulsowe bramkowe są zastępowane trójfazowymi wielofunkcyjnymi licznikami elektronicznymi, aby zbierać dane operacyjne z jednostek generatorowych, które są przesyłane do FTU poprzez bus polowy. FTU jest wyposażone w moduł pionowego szyfrowania z dwoma kartami komunikacyjnymi. Dane są bezpiecznie szyfrowane i przesyłane do zintegrowanego systemu regionalnego dyspozytorskiego poprzez dedykowany kanał publicznej sieci bezprzewodowej o silnym zasięgu sygnału.
Gdy awaria na linii łączącej się z siecią powoduje wytrącenie wyłącznika wylotowego podstacji, ochrona przed utratą napięcia w FTU aktywuje się, a wyłącznik montowany na słupie otwiera, odłączając małą elektrownię wodną od sieci. Po przywróceniu dostawy energii następuje ponowna synchronizacja i ponowne połączenie.
3.2 Pakiet cyfrowych urządzeń automatyzacji
Pakiet cyfrowych urządzeń automatyzacji obejmuje wyłączniki montowane na słupie typu ZW32, podwójne izolatory odłączające, transformatory napięcia zasilające i cyfrowe FTU. Jednostka wyłącznika integruje trzy kombinowane czujniki elektroniczne (EVCT) i lokalną jednostkę cyfrową (ADMU).
Ogólna struktura jest kompaktowa i lekka, ułatwiając instalację i konserwację. W porównaniu z tradycyjnymi inteligentnymi systemami monitorowania oprogramowania detektora, ten system pozwala oprogramowaniu monitorującemu uzyskać dane operacyjne z systemów operacyjnych 32 jednostek. Równocześnie przechwytuje rozmiary plików z obrazów z kamer i monitoruje, czy oprogramowanie detektorów (mały pakiet, bar-package, brak paska w pudle, detekcja pięciokołowa) działa prawidłowo, wraz z danymi o działaniach odrzucania. Konkretne manifestacje obejmują:
- Oprogramowanie wysyła dane obrazów odrzuconych do pulpitu nawigacyjnego.
- Oprogramowanie wysyła wszystkie dane obrazów do pulpitu nawigacyjnego.
- Oprogramowanie wysyła wszystkie dane statystyczne (w tym marka, data, czas, informacje o jednostce itp.) do pulpitu nawigacyjnego.
Korzystając z serwera intranetu fabrycznego, gdy oprogramowanie monitorujące detektora generuje dane o awarii, są one przesyłane do serwera, wyzwalając alarmy na miejscu poprzez serwer intranetu fabrycznego. Dane o awarii są również zdalnie alertowane przez PC i urządzenia mobilne. Problemy takie jak awarie oprogramowania, rozłączenie kamer, niezdolność kamery do przechwytywania obrazów, awarie czujników detekcji paczek, brak odbioru obrazów defektów i awarie urządzeń odrzucania wywołują okna ostrzegawcze na interfejsach PC i mobilnych. Strona alarmowa wyświetla informacje o awarii urządzenia, lokalizację, czas wystąpienia i zapisy obsługi.
3.3 Wdrażanie wczesnej kontroli ostrzegawczej jakości produktów
Analizując dane detekcyjne z urządzeń, wyprowadzane są wczesne ostrzeżenia, gdy liczba defektów paczek papierosowych przekracza progi lub występują nietypowe częstotliwości defektów. Funkcja ostrzegawcza jakości informuje personel konserwacyjny o konieczności dostosowania lub naprawy odpowiednich części głównego sprzętu produkcyjnego, eliminując defekty jakościowe i zapobiegając ich pogorszeniu.
Dane z urządzeń detekcyjnych małych pakietów, detektorów pięciokołowych, detektorów brakujących pasków w pudłach i detektorów pakietów paskowych są analizowane na podstawie informacji o nazwie obrazu defektu jakościowego (w tym czas wystąpienia defektu, ilość defektów, lokalizacja kamery, gdzie został wykryty defekt). Wyprowadzane jest ostrzeżenie o defekcie produktu, gdy liczba defektów przekracza próg ostrzegawczy.
Analizując czas i ilość defektów, można statystycznie analizować częstotliwość defektów w określonym okresie i długoterminowe trendy. To dostarcza podstawy do zarządzania ewaluacją sprzętu, umożliwia wczesne ostrzeganie personelu konserwacyjnego o potrzebie dostosowań i zwiększa naukowe zarządzanie konserwacją.
3.4 Centralne zarządzanie stanem urządzeń detekcyjnych
Personel zarządzający produkcją (specjaliści ds. jakości procesów, menedżerowie sprzętu) używa systemu monitorowania do centralnej porównywania i analizy stanu operacyjnego urządzeń detekcyjnych i sytuacji defektów produktów, osiągając centralne zarządzanie stanem urządzeń detekcyjnych. System monitorowania urządzeń detekcyjnych może wyświetlać aktualny stan operacyjny, trendy defektów jakościowych i statystyczną analizę danych historycznych dla wszystkich urządzeń detekcyjnych w fabryce, umożliwiając zjednoczone centralne zarządzanie całym sprzętem fabrycznym.
Kompleksowe historyczne zapisy awarii pozwalają na analizę proporcji jednostek awaryjnych, typów awarii, sprzętu awaryjnego i szczytowych czasów awarii. Wdrożone jest planowane zarządzanie konserwacją dla jednostek, typów awarii i sprzętu z częstymi awariami, aby zapobiec ich występowaniu.
4 Podsumowanie
Podsumowując, system detekcyjny sprzętu w warsztacie produkcyjnym fabryki tytoniowej wymaga monitorowania online w czasie rzeczywistym, aby zapewnić śledzenie stanu operacyjnego urządzeń detekcyjnych, dostarczając alarmy i lokalizację awarii. To zmniejsza defekty podczas procesu produkcji paczek papierosowych, zapewnia płynne działanie produkcji i zwiększa efektywność produkcji.
