Användning av nya stolpsmonterade strömbrytare i små vattenkraftverk i bergiga områden

Liten vattenkraft avser kraftverk med en installerad kapacitet per enhet under 50 000 kV. Integrationen av liten vattenkraft i distributionsnätet ändrar systemets topologi och strömningsriktning. Litteraturen har analyserat och diskuterat utmaningarna med att reglera regioner rika på liten vattenkraft, studerat återställningsstrategier för distributionsnätslinjer med liten vattenkraft, och föreslagit en ny typ av automatisk säkerhetsavkopplingsenhet för liten vattenkraft.

​1 Nuvarande tillstånd för liten vattenkraft i bergsområden​
Det totala området är 45 385 km², där bergslandskap utgör 98,3% av regionen. Det finns 58 små vattenkraftverk med en sammanlagd installerad kapacitet på 41,45 MW, varav de flesta har en installerad kapacitet under 1 MW. Dessa anläggningar är vidsträckt fördelade och lider av dåliga kommunikationsförhållanden.

Till följd av deras ålder använder anläggningarna huvudsakligen mekaniska styrutrustningar och saknar automatiseringsenheter. De flesta gatewaymätare är pulsmätare som beror på manuell läsning utan färdigheter för fjärröverföring. Kontrollskyddsutrustningar och synkroniseringsutrustningar saknar kommunikationsgränssnitt, vilket kräver manuell rapportering av driftdata till ledningscentralerna via telefon.

10 kV-linjerna i nätets 35 kV-understationer fungerar ofta i en hybridmod där liten vattenkraft och lastkonsumtion coexisterar. Högspänningssidan av stationens huvudtransformator använder fallutslagare, vilka är enkla i struktur och ansluts till 10 kV-nätanslutna linjer via T-anslutningar.

​2 Problem analys​
​2.1 Påverkan på aktivering av linjeautomatiska styrenheter​
I aktivt distributionsnät, efter att en understationsutloppsbrytare har släppt, kan små vattenkraftverk fortsätta att leverera el till felplatsen, vilket hindrar felbågens utsläckning och minskar framgångssannolikheten för återställning. Om distribuerade energiresurser (DER) förblir anslutna under återställningen kan asynkron koppling uppstå, vilket resulterar i inruschströmmar som kan orsaka återställningsfel och skada små vattenkraftenheter.

Vissa 10 kV-nätanslutna kraftverk saknar undervoltskydd både för sin nätanslutna linjeskydd och generatorns skydd, vilket inte uppfyller nätets driftkrav. Detta påverkar allvarligt det trygga och tillförlitliga elleveranssystemet och generatorernas driftslängd.

När ett fel uppstår i nätanslutningskanalen för ett litet vattenkraftverk misslyckas generatorn med att snabbt koppla från efter att systemsidan har rensat felet. Detta kan leda till asynkron nätåteranslutning efter systemsidans linjeåterställningsåtgärd, vilket hindrar systemsidans återställning från att aktiveras och orsakar onödiga elavbrott för offentliga transformatoranvändare, vilket resulterar i betydande negativ social påverkan.

Således, när ett fel uppstår i nätanslutningskanalen, påverkar generatorns oförmåga att snabbt koppla ifrån allvarligt det trygga och tillförlitliga elleveranssystemet och kan orsaka asynkron nätåteranslutning.

​2.2 Ofullständig överföring av ledningsinformation​
Baserat på fältundersökningar ligger de flesta små vattenkraftverk i bergsområden, långt från nätets centrala understationer. Att installera dedikerade fiberkablar genom skog skulle vara kostsamt och otillförlitligt. Uppgradering av automatiseringsutrustning och dataöverföring via säkra trådlösa privata nätverk efter cybersäkerhetsbedömningar kräver också stora investeringar. Dessutom har de flesta små vattenkraftverk begränsad kapacitet och låg elproduktionseffekt, vilket minskar deras incitament för uppgradering. Kommunikationskanalbegränsningar resulterar i ofullständig information som skickas till ledningscentralen.

Emellertid, den oförmågan att skicka realtidsdriftsdata till regionala ledningscentraler påverkar ledningspersonalens analys av nätet och tillförlitligheten hos 10 kV-distributionstransformatorer på nätanslutna linjer. Ledningsplattformen kommer att tvingas operera blind för små vattenkraftverk under lång tid, vilket hotar den regionala nätets trygga drift.

​3 Lösningar​
​3.1 Översikt över lösningar​
För att uppnå effektiv övervakning och datainsamling för små vattenkraftenheter och öka nätets säkerhet och tillförlitlighet ersätts fallutslagarna på högspänningssidan av huvudtransformatorerna med nya stolpbrytare med vakuumutslagare utrustade med högprecisionella elektroniska sensorer. Dessa kombineras med Feeder Automation Terminaler (FTU) med funktioner för fjärrsignering, telemetri, fjärrstyrning och automatisk avkoppling för att samla in data vid 10 kV-nätanslutningspunkten och brytarestatus.

De befintliga gatewaypulsräknarna ersätts med trefasade elektroniska multifunktionsmätare för att samla in driftsdata från generatorerna, vilka överförs till FTU via fäldbus. FTU är utrustad med en dubbelkortskommunikation vertikal krypteringsmodul. Data krypteras säkert och överförs till det integrerade regionala ledningsystemet via en dedikerad offentlig trådlös nätverkskanal med stark signal täckning.

När ett fel på nätanslutningslinjen orsakar att understationsutloppsbrytaren släpper, aktiveras FTU:s undervoltsskydd, och stolpbrytaren öppnas för att koppla ifrån det lilla vattenkraftverket från nätet. Återsynkronisering och återanslutning sker efter återställning av elförsörjningen.

​3.2 Digitala automatiseringspakethandskapsutrustningar​
Det digitala automatiseringspaketet inkluderar ZW32-typ stolpbrytare, dubbelvägg isoleringskopplingar, spänningsomvandlare, och digitala FTU. Brytarenhet integrerar tre kombinerade elektroniska sensorer (EVCT) och en lokal digital enhet (ADMU).

Den övergripande strukturen är kompakt och lätt, vilket underlättar installation och underhåll. I jämförelse med traditionell intelligenta övervakningsprogramvara för mätutrustning, tillåter detta system övervakningsprogramvaran att erhålla driftsdata från driftsystemen för 32 enheter. Samtidigt fångar det filstorlekar från kamerabilder och övervakar om programvaran för mätutrustning (små paket, stavpaket, saknad stav i kartong, femhjulsdetektering) fungerar normalt, tillsammans med avvisningsåtgärdsinformation. Specifika manifestationer inkluderar:

• Programvaran skickar avvisade bilddata till kontrollpanelen.
• Programvaran skickar alla bilddata till kontrollpanelen.
• Programvaran skickar alla statistiska data (inklusive varumärke, datum, tid, enhetsinformation, etc.) till kontrollpanelen.

Genom att utnyttja fabrikens intranätservrar, när övervakningsprogramvaran för mätutrustning genererar felinformation, överförs det till servern, vilket utlöser platsalarmer via fabrikens intranätservrar. Felinformation överförs också via PC och mobilterminaler. Problemen såsom programvarukrascher, kamerakopplingar, kamerafel för att fånga bilder, felaktiga sensorer för cigarettpaketdetektering, fel vid mottagning av defekta bilder, och avvisningsenhetens fel utlöser varningspopups på PC och mobilgränssnitt. Alarm sidan visar enhetsfelinformation, plats, inträdesdatum och hanteringsposter.

​3.3 Genomförande av produktkvalitetsvarningskontroll​
Genom att analysera mätdata från utrustningen ges varningar när antalet defekta cigarettpaket överstiger trösklar eller ovanliga defektfrekvenser uppstår. Kvalitetsvarningsfunktionen varnar underhållspersonal att justera eller reparera relevanta delar av huvudproduktionsutrustningen, vilket eliminerar kvalitetsdefekter snabbt och förhindrar försämring.

Data från små paketdetektionsenheter, femhjulsdetektionsenheter, saknade stav i kartong-detektionsenheter, och stavpaketdetektionsenheter analyseras baserat på kvalitetsdefektbildsnamn (inklusive tidpunkt för defekt, antal defekta produkter, och kameraplats där defekten upptäcktes). En produktdefektvarning ges när defektkontrollen överstiger varningströskeln.

Genom att analysera tiden och mängden defekta produkter kan frekvensen av defekter över en viss period och långsiktiga trender statistiskt analyseras. Det ger en grund för utrustningsvärderingshantering, tidig varning för underhållspersonal för justeringar, och förbättrar vetenskaplig underhållshantering.

​3.4 Centraliserad hantering av mätutrustningsstatus​
Produktionsledningspersonal (processkvalitetspersonal, utrustningschefer) använder övervakningssystemet för att centraliserat jämföra och analysera driftsstatus för mätutrustning och produktdefektsituationer, vilket uppnår centraliserad hantering av mätutrustningsstatus. Mätutrustningsövervakningssystemet kan visa realtidsdriftsstatus, kvalitetsdefekttrender, och historiska datastatistiska analyser för all mätutrustning i fabriken, vilket möjliggör enhetlig centraliserad hantering av all fabriksutrustning.

En omfattande historisk felregistrering kan analysera andelen felaktiga enheter, feltyper, felaktig utrustning, och toppfel tider. Planerad underhållshantering implementeras för enheter, feltyper, och utrustning med frekventa fel för att förhindra uppkomsten.

​4 Slutsats​
Sammanfattningsvis, utrustningsdetektionssystemet i cigarettillverkningsverkstaden i en tobaksfabrik kräver realtidsövervakning online för att säkerställa att driftsstatusen för mätutrustning spåras, ger alarmer och felplatsbestämning. Det minskar under produktionen av cigarettpaket, säkerställer smidig produktion, och förbättrar produktionsverksamheten.