Применение новых опорных выключателей в малых гидроэлектростанциях в горных районах

Малая гидроэнергетика относится к электростанциям с установленной мощностью одного агрегата менее 50 000 кВ. Интеграция малой гидроэнергетики в распределительную сеть изменяет топологию системы и направление потока мощности. В литературе анализируются и обсуждаются проблемы регулирования регионов, богатых малой гидроэнергетикой, изучаются стратегии повторного включения линий распределительной сети с малыми ГЭС, а также предлагаются новые типы автоматических устройств безопасности для отключения малых ГЭС.

​1 Текущее состояние малой гидроэнергетики в горных районах​
Общая площадь составляет 45 385 км², из которых 98,3% приходится на горные районы. В этом регионе расположены 58 малых ГЭС с общей установленной мощностью 41,45 МВт, большинство из которых имеют установленную мощность менее 1 МВт. Эти станции широко распространены и страдают от плохих условий связи.

Из-за своего возраста станции в основном используют механическое оборудование управления и не имеют автоматических устройств. Большинство шлюзовых счетчиков являются импульсными, и их показания считываются вручную без возможности дистанционной передачи данных. Устройства защиты и синхронизации не имеют коммуникационных интерфейсов, что требует ручного сообщения операционных данных диспетчерам по телефону.

Линии 10 кВ подстанций 35 кВ часто работают в гибридном режиме, где сосуществуют малые ГЭС и потребители. Высоковольтная сторона главного трансформатора станции использует падающие предохранители, которые имеют простую конструкцию и соединяются с сетевыми линиями 10 кВ через Т-соединения.

​2 Анализ проблем​
​2.1 Влияние на активацию автоматических устройств управления линиями​
В активных распределительных сетях после срабатывания выключателя на выходе подстанции малые ГЭС могут продолжать подавать энергию на место повреждения, мешая гашению дуги и снижая вероятность успешного повторного включения. Если распределенные источники энергии (Distributed Energy Resources, DER) остаются подключенными во время повторного включения, может произойти асинхронное включение, что приведет к броскам тока, вызывающим неудачное повторное включение и повреждение малых ГЭС.

Некоторые 10-киловольтные подключенные электростанции не имеют защиты от недостаточного напряжения как для защиты сетевой линии, так и для защиты генератора, что не соответствует требованиям эксплуатации сети. Это серьезно влияет на безопасное и надежное энергоснабжение сети и срок службы генераторов.

При возникновении повреждения в канале подключения малой ГЭС генератор не может быстро отключиться после устранения повреждения со стороны системы. Это может привести к асинхронному повторному подключению после действия повторного включения со стороны системы, препятствуя активации повторного включения со стороны системы и вызывая ненужные отключения электроэнергии для пользователей общественных трансформаторов, что приводит к значительному негативному социальному воздействию.

Таким образом, при возникновении повреждения в канале подключения генератор не может быстро отключиться, что серьезно влияет на безопасное и надежное энергоснабжение сети и может привести к асинхронному повторному подключению.

​2.2 Неполная передача информации о диспетчеризации​
На основе полевых исследований большинство малых ГЭС расположены в горных районах, далеко от центральных подстанций сети. Установка специализированных оптоволоконных кабелей через леса будет дорогостоящей и ненадежной. Обновление автоматического оборудования и передача данных через защищенные беспроводные частные сети после оценки кибербезопасности также требует значительных инвестиций. Кроме того, большинство малых ГЭС имеют ограниченную мощность и низкую экономическую эффективность, что снижает их стимул к модернизации. Ограничения каналов связи приводят к неполной передаче информации в диспетчерский центр.

Однако невозможность передачи оперативных данных в региональный диспетчерский центр влияет на анализ сети диспетчерами и надежность 10-киловольтных распределительных трансформаторов на сетевых линиях. Диспетчерская платформа будет вынуждена длительное время работать вслепую для малых ГЭС, что угрожает безопасной эксплуатации региональной сети.

​3 Решения​
​3.1 Обзор решения​
Для достижения эффективного мониторинга и сбора данных с малых ГЭС и повышения безопасности и надежности сети падающие предохранители на высоковольтной стороне главных трансформаторов заменяются новыми столбовыми вакуумными выключателями, оснащенными высокоточными электронными датчиками. Эти выключатели сочетаются с терминалами автоматизации фидеров (FTU), имеющими функции дистанционного сигнализирования, телеметрии, дистанционного управления и автоматического отключения, для сбора данных в точке подключения к сети 10 кВ и состояния переключателей.

Существующие шлюзовые импульсные счетчики заменяются трехфазными электронными многофункциональными счетчиками электроэнергии для сбора оперативных данных с генераторных установок, которые передаются в FTU через полевой шин. FTU оснащено модулем вертикального шифрования с двумя картами. Данные зашифровываются и загружаются в интегрированную региональную диспетчерскую систему через специальный канал беспроводной сети общего пользования с сильным покрытием сигнала.

При возникновении повреждения на сетевой линии, вызывающем срабатывание выключателя на выходе подстанции, срабатывает защита от потери напряжения в FTU, и столбовой выключатель открывается, отключая малую ГЭС от сети. После восстановления питания происходит повторная синхронизация и подключение.

​3.2 Цифровое оборудование для автоматизации​
Цифровой комплект оборудования включает столбовые выключатели типа ZW32, двухсторонние разъединители, силовые трансформаторы напряжения и цифровые FTU. Блок выключателя интегрирует три комбинированных электронных датчика (EVCT) и местный цифровой блок (ADMU).

Общая конструкция компактна и легка, что облегчает установку и обслуживание. По сравнению с традиционным интеллектуальным программным обеспечением для мониторинга оборудования, эта система позволяет программному обеспечению получать оперативные данные из операционных систем 32 единиц. Она одновременно захватывает размеры файлов с изображений с камер и мониторит, работает ли программное обеспечение детекторов (малый пакет, бар-пакет, отсутствие бара в коробке, пятиколесный детектор) нормально, а также информацию о действиях отклонения. Конкретные проявления включают:

• Программное обеспечение отправляет отклоненные изображения на консоль.
• Программное обеспечение отправляет все изображения на консоль.
• Программное обеспечение отправляет все статистические данные (включая бренд, дату, время, информацию об устройстве и т.д.) на консоль.

Используя внутренний сервер завода, когда программное обеспечение для мониторинга оборудования генерирует данные о неисправностях, они передаются на сервер, вызывая локальные тревоги через внутренний сервер завода. Информация о неисправностях также отправляется удаленно через ПК и мобильные устройства. Проблемы, такие как сбои программного обеспечения, отключение камер, неспособность камер захватывать изображения, неисправность датчиков проверки наличия пачек, неспособность получения изображений дефектов и неисправности устройств отклонения, вызывают всплывающие окна предупреждений на интерфейсах ПК и мобильных устройств. Страница тревоги отображает информацию о неисправности устройства, его местоположение, время возникновения и записи об устранении.

​3.3 Реализация раннего предупреждения о качестве продукции​
Анализируя данные с оборудования, выдается предупреждение, когда количество дефектных пачек сигарет превышает пороговые значения или происходят аномальные частоты дефектов. Функция предупреждения о качестве оповещает технический персонал о необходимости настройки или ремонта соответствующих частей основного производственного оборудования, своевременно устраняя дефекты качества и предотвращая их ухудшение.

Данные с устройств для обнаружения малых пакетов, пятиколесных устройств, устройств для обнаружения отсутствия бара в коробке и устройств для обнаружения бар-пакетов анализируются на основе информации о названии изображений дефектов (включая время возникновения дефекта, количество дефектных продуктов и местоположение камеры, где был обнаружен дефект). Предупреждение о дефекте продукции выдается, когда количество дефектов превышает пороговое значение.

Анализируя время и количество дефектных продуктов, можно статистически анализировать частоту дефектов за определенный период и долгосрочные тенденции. Это предоставляет основу для управления оценкой оборудования, своевременно оповещает технический персонал о необходимости настройки и улучшает научное управление техническим обслуживанием.

​3.4 Централизованное управление состоянием оборудования для обнаружения​
Производственные менеджеры (персонал, ответственный за процесс и качество, менеджеры оборудования) используют систему мониторинга для централизованного сравнения и анализа состояния устройств для обнаружения и ситуации с дефектами продукции, достигая централизованного управления состоянием устройств для обнаружения. Система мониторинга устройств для обнаружения может отображать текущее состояние работы, тенденции дефектов качества и статистический анализ исторических данных для всех устройств для обнаружения на заводе, обеспечивая унифицированное централизованное управление всем оборудованием завода.

Полные исторические записи о неисправностях позволяют анализировать долю неисправных единиц, типы неисправностей, неисправное оборудование и пиковые времена неисправностей. Для единиц, типов неисправностей и оборудования с частыми неисправностями внедряется плановое управление техническим обслуживанием, чтобы предотвратить их возникновение.

​4 Заключение​
В заключение, система обнаружения оборудования в цехе производства сигарет на табачной фабрике требует реального времени онлайн-мониторинга, чтобы отслеживать состояние устройств для обнаружения, предоставлять тревоги и локализацию неисправностей. Это уменьшает количество дефектов в процессе производства пачек сигарет, обеспечивает бесперебойную работу производства и повышает производительность.