Uporaba novih stolpnih preklopnikov v majhnih hidroelektrarnah v gorskih območjih

Mala hidroelektrarna se nanaša na elektrarne z namestitveno močjo posameznega agregata manjše od 50.000 kV. Vključitev male hidroenergije v distribucijsko omrežje spremeni topologijo sistema in smer pretoka energije. Literatura je analizirala in razpravljala o izzivih pri regulaciji regij, bogatih na mala hidroelektrarne, proučila strategije ponovnega zapiranja za distribucijske omrežne linije z malo hidroelektrarno in predlagala nov tip avtomatskega varnostnega odvzemanja za mala hidroelektrarne.

​1 Trenutno stanje malih hidroelektrarn v gorskih območjih​
Skupna površina znaša 45.385 km², kjer gorska podoba pokriva 98,3 % območja. Obstaja 58 malih hidroelektrarn z skupno namestitveno močjo 41,45 MW, od tega večina z namestitveno močjo manjše od 1 MW. Te elektrarne so široko porazdeljene in trpijo zaradi slabe komunikacijske infrastrukture.

Zaradi starosti te elektrarne uporabljajo predvsem mehanske nadzorne naprave in manjkajo avtomatske naprave. Večina stolpnih merilnikov je pulsni merilniki, ki se preberejo ročno brez možnosti oddaljenega prenosa. Nadzorno-varnostne naprave in sinhronizacijska oprema nimajo komunikacijskih vmesnikov, zato morajo operativne podatke ročno poročati na telefonu dispečerjem.

10-kV linije omrežja 35-kV pretvorjalnikov pogosto delujejo v mešanem načinu, kjer sozdajajo mala hidroelektrarne in potrošnja. Višja stran glavnega pretvornika elektrarne uporablja padajoče preklopitev, ki je enostavna v strukturi in povezana s 10-kV omrežnimi linijami preko T-povezav.

​2 Analiza problemov​
​2.1 Vpliv na aktivacijo avtomatskih nadzornih naprav na liniji​
V aktivnih distribucijskih omrežjih, po odpovedi izstopnega preklopnika pretvorjalnice, mala hidroelektrarna lahko nadaljuje z oskrbovanjem točke kršitve, kar ovira ugasanje kršitve in zmanjša uspešnost ponovnega zapiranja. Če so distribuirani viri energije (DER) med ponovnim zapiranjem še vedno povezani, se lahko zgodi asinhrono zapiranje, kar povzroči valovne tokove, ki lahko povzročijo neuspeh ponovnega zapiranja in poškodujejo male hidroelektrarne.

Nekateri 10-kV povezani elektrarne nimajo zaščite proti podnapetosti niti za zaščito povezane linije niti za zaščito generatorja, kar ne zadostuje zahtevam delovanja omrežja. To hudo vpliva na varno in zanesljivo oskrbo z energijo ter življenjsko dobo generatorjev.

Ko se pojavi kršitev v povezanem kanalu male hidroelektrarne, generator ne more hitro odvzeti po čiščenju kršitve na strani sistema. To lahko vodi do asinhronog ponovnega povezovanja po akciji ponovnega zapiranja na strani sistema, kar onemogoča aktivacijo ponovnega zapiranja na strani sistema in povzroči nepotreben odrez javnih transformatorjev, kar ima velik negativni družbeni vpliv.

Torej, ko se pojavi kršitev v povezanem kanalu, nezmožnost hitrega odvzetja generatorja hudo vpliva na varno in zanesljivo oskrbo z energijo ter lahko povzroči asinhrono povezovanje s sistemom.

​2.2 Nepopolna prenosa informacij o dispečiranju​
Na podlagi poljskih raziskav so večina malih hidroelektrarn postavljene v gorskih območjih, daleč od centralnih pretvorjalnic omrežja. Namestitev posebnih optičnih vlaknenih kabelov skozi gozde bi bila draga in nezanesljiva. Posodobitev avtomatske opreme in prenos podatkov preko varnih brezžičnih zasebnih omrežij po oceni varnosti računalniških omrežij tudi zahteva veliko investicijo. Poleg tega imajo večina malih hidroelektrarn omejeno kapaciteto in nizko proizvodnjo električne energije, kar zmanjšuje njihovo motivacijo za posodobitve. Omejitve komunikacijskih kanalov vodijo do nepopolnega prenosa informacij dispečerskemu centru.

Ale nezmožnost prenosa operativnih podatkov v realnem času regionalnemu dispečerskemu centru vpliva na analizo omrežja dispečerjev in zanesljivost 10-kV distribucijskih transformatorjev na povezanih linijah. Dispečerska platforma bo dolgo časa prisiljena delovati slepo za male hidroelektrarne, kar ogroža varno delovanje regionalnega omrežja.

​3 Rešitve​
​3.1 Pregled rešitve​
Za učinkovito spremljanje in nabiranje podatkov o malih hidroelektrarnah ter povečanje varnosti in zanesljivosti omrežja so padajoče preklopitev na višji strani glavnih pretvornikov zamenjane z novimi stolpnimi vakuumskimi preklopniki, opremljenimi z visokonatančnimi elektronskimi senzorji. Ti so združeni z napravami za avtomatsko nadzor nad napajalnimi linijami (FTU), ki imajo funkcije oddaljenega signala, merjenja, nadzora in avtomatskega odvzemanja, da se naberejo podatki na 10-kV povezni točki in stanje preklopnika.

Izhodiščni stolpni pulsniki so zamenjani z trofaznimi elektronskimi multifunkcijskimi energijskimi merilniki, da se naberejo operativni podatki o generatorjih, ki so preneseni na FTU preko poljskega podatkovnega traku. FTU je opremljen z dvokartni komunikacijsko vertikalno šifrirno modulom. Podatki so varno šifrirani in preneseni na integrirano regionalno dispečersko sistemo preko posebne javne brezžične omrežne povezave z močno pokritostjo signala.

Ko kršitev na povezani liniji povzroči odpoved izstopnega preklopnika pretvorjalnice, se aktivira zaščita proti podnapetosti FTU, stolpni preklopnik se odpre in odvzema mala hidroelektrarna od omrežja. Ponovno sinhronizacija in ponovno povezovanje se izvedeta po obnovitvi oskrbe z energijo.

​3.2 Digitalni paket avtomatske opreme​
Digitalni paket avtomatske opreme vključuje ZW32-tipe stolpnih preklopnikov, dvostranske ločevalne preklopnike, napajalne napetostne pretvorbnike in digitalne FTU. Enota preklopnika združuje tri kombinirane elektronske senzorje (EVCT) in lokalno digitalno enoto (ADMU).

Celotna struktura je kompaktna in lahek, kar olajša namestitev in vzdrževanje. V primerjavi z tradicionalnimi inteligentnimi sistemoma za nadzor opreme, ta sistem omogoča nadzorni program, da pridobi operativne podatke iz operacijskih sistemov 32 enot. Hkrati zajema velikosti datotek s slikami kamere in spremlja, ali je program opreme za detekcijo (mali paketi, barvni paketi, manjkajoči barvni paketi v kartonu, petkolesna detekcija) normalno v delu, skupaj s podatki o dejanjih zavrnitve. Specifične manifestacije so:

• Program pošilja podatke o zavrnjenih slikah na konzolo.
• Program pošilja vse podatke o slikah na konzolo.
• Program pošilja vse statistične podatke (vključno z blago, datum, čas, informacije o enoti itd.) na konzolo.

S pomočjo notranjega omrežja tovarne, ko generira program za nadzor opreme podatke o napakah, se te podatke prenesejo na strežnik, kar sproži alarme na mestu preko notranjega omrežja tovarne. Podatki o napakah so tudi oddaljeno oznanjeni preko PC-ja in mobilnih naprav. Problemi, kot so zastoji programa, odjava kamere, nezmožnost zajema slike kamere, nezmožnost delovanja senzorjev za detekcijo prisotnosti paketa, nezmožnost prejemanja slik o napakah in nezmožnost delovanja naprav za zavrnitev, sprožijo opozorišča na vmesniku PC-ja in mobilne naprave. Stran z alarmom prikazuje informacije o napaki, lokacijo, čas nastanka in zapis o obravnavi.

​3.3 Uresničevanje zgodnjega opozarjanja o kakovosti izdelka​
S tem, da se analizirajo podatki o detekciji opreme, se izdajo zgodnja opozorila, ko preseže število defektnih cigaretarskih paketov mejne vrednosti ali se pojavijo nenormalne frekvence defektov. Funkcija zgodnjega opozarjanja o kakovosti opozori održevalne osebje, naj prilagodi ali popravi ustrezne dele glavne proizvodne opreme, da se učinkovito odstranijo kakovostne defekte in prepreči njihovo poslabšanje.

Podatki iz opreme za detekcijo majhnih paketov, petkolesne opreme za detekcijo, opreme za detekcijo manjkajočih barvnih paketov v kartonu in opreme za detekcijo barvnih paketov so analizirani glede na informacije o imenu slik z kakovostnimi defektmi (vključno z časom nastanka defekta, količino defektne izdelke in lokacijo kamere, kjer je bil defekt zaznan). Izdano je opozorilo o defektu izdelka, ko preseže število defektov mejno vrednost opozorila.

S tem, da se analizira čas in količina defektne izdelke, se lahko statistično analizira frekvencija defektov v določenem obdobju in dolgoročne trendi. To ponuja podlago za vrednotenje in upravljanje opreme, pravočasno opozarja održevalno osebje, da opravi prilagoditve, in izboljša znanstveno upravljanje z vzdrževanjem.

​3.4 Centralizirano upravljanje stanja opreme za detekcijo​
Proizvodni upravni osebje (osebje za procesno kakovost, upravitelji opreme) uporablja sistem za nadzor, da centralizirano primerja in analizira stanje opreme za detekcijo in situacije s kakovostnimi defekti, dosežejo centralizirano upravljanje stanja opreme za detekcijo. Sistem za nadzor opreme za detekcijo lahko prikazuje trenutno stanje delovanja, trende kakovostnih defektov in statistično analizo zgodovinskih podatkov za vso opremo za detekcijo v tovarni, omogoča unificirano centralizirano upravljanje vseh opreme v tovarni.

Povsem zgodovinske zapiske o napakah lahko analizirajo delež defektne opreme, vrste napak, defektne naprave in vrhunske čase napak. Za enote, vrste napak in opremo z pogostimi napakami se izvaja planirano upravljanje z vzdrževanjem, da se preprečijo ponovni nastop.

​4 Zaključek​
Zaključno, sistem za detekcijo opreme v cigaretni proizvodni delavnici tovarne za tabak zahteva realnočasno spletno spremljanje, da se zagotovi, da je stanje opreme za detekcijo sledljivo, zagotavlja alarme in lokacijo napak. To zmanjša število defektov cigaretnih paketov med proizvodnjo, zagotavlja gladko proizvodnjo in izboljša učinkovitost proizvodnje.