Застосування нових стовпчастих вимикачів у малі гідроелектростанції у горних районах

Мала гідроенергетика відноситься до електростанцій з одноразовою інсталованою потужністю менше 50 000 кВ. Інтеграція малої гідроенергетики у розподільчу мережу змінює топологію системи та напрямок потоку енергії. Література аналізувала та обговорювала виклики регулювання регіонів, багатих малою гідроенергетикою, досліджувала стратегії повторного замикання ліній розподільчої мережі з малою гідроенергетикою, та запропонувала новий тип автоматичного пристрою безпекового відключення для малої гідроенергетики.

​1 Поточний стан малої гідроенергетики в гористих районах​
Загальна площа становить 45 385 км², де гористий рельєф складає 98,3% регіону. Тут розташовано 58 малих гідроелектростанцій з загальною інсталованою потужністю 41,45 МВт, більшість з яких має потужність нижче 1 МВт. Ці станції широко розподілені та страждають від поганих комунікаційних умов.

У зв'язку з їхнім віком, станції переважно використовують механічне обладнання для управління та не мають пристроїв автоматизації. Більшість шлюзових лічильників є імпульсними, що спираються на ручне читання без можливості дистанційної передачі даних. Пристрої захисту та синхронізації не мають комунікаційних інтерфейсів, що вимагає ручного повідомлення операційних даних диспетчерам через телефон.

Лінії 10 кВ підстанцій 35 кВ мережі часто функціонують в гібридному режимі, де разом існують малі гідроелектростанції та споживання навантаження. Високовольтна сторона головного трансформатора станції використовує випадкові плавкі вставки, які прості за конструкцією та з'єднуються з лініями 10 кВ через T-з'єднання.

​2 Аналіз проблем​
​2.1 Вплив на активізацію пристроїв автоматичного контролю ліній​
У активних розподільчих мережах, після відкриття вилучного пристрою підстанції, малі гідроелектростанції можуть продовжувати постачання енергії до точки аварії, що заважає гасінню аварійної дуги та знижує успішність повторного замикання. Якщо розподілені енергетичні ресурси (DER) залишаються підключеними під час повторного замикання, може відбутися асинхронне замикання, що призводить до впливу потоків, які можуть спричинити невдале повторне замикання та пошкодити малі гідроагрегати.

Деякі 10-кВ під'єднані електростанції не мають захисту від недосяжності напруги як для захисту під'єднаної лінії, так і для захисту генератора, що не відповідає вимогам експлуатації мережі. Це серйозно впливає на безпечне та надійне постачання електроенергії мережею та термін служби генераторів.

При виникненні аварії в каналі під'єднання малої гідроелектростанції, генератор не може швидко відключитися після очищення аварії з боку системи. Це може призвести до асинхронного під'єднання до мережі після дії повторного замикання з боку системи, що запобігає активізації повторного замикання з боку системи та викликає непотрібні відключення електроенергії для користувачів публічних трансформаторів, що призводить до значного негативного соціального впливу.

Таким чином, коли виникає аварія в каналі під'єднання, неможливість швидкого відключення генератора серйозно впливає на безпечне та надійне постачання електроенергії мережею та може призвести до асинхронного під'єднання до мережі.

​2.2 Неповна передача диспетчерської інформації​
На основі полевих досліджень, більшість малих гідроелектростанцій розташовані в гористих районах, далеко від центральних підстанцій мережі. Встановлення спеціальних оптичних кабелів через ліси буде дорогим та ненадійним. Оновлення обладнання автоматизації та передача даних через безпечні приватні бездротові мережі після оцінки кібербезпеки також потребує значних вкладів. Крім того, більшість малих гідроелектростанцій мають обмежену потужність та низьку ефективність генерації електроенергії, що зменшує їхню мотивацію до оновлення. Обмеження комунікаційного каналу призводять до неповної передачі інформації до диспетчерського центру.

Однак, неможливість передачі реального часу операційних даних до регіонального диспетчерського центру впливає на аналіз мережі диспетчерами та надійність 10-кВ розподільчих трансформаторів на під'єднаних лініях. Диспетчерська платформа буде змушенна довго працювати всліпую для малих гідроелектростанцій, що загрожує безпечній роботі регіональної мережі.

​3 Рішення​
​3.1 Огляд рішення​
Для досягнення ефективного моніторингу та збору даних для малих гідроагрегатів та підвищення безпеки та надійності мережі, випадкові плавкі вставки на високовольтній стороні головних трансформаторів замінюються новими стовпчиковими вакуумними вилучними пристроями, оснащеними високоточними електронними датчиками. Ці пристрої комплектуються терміналами автоматизації підстанцій (FTU) з функціями дистанційного сигналізації, телеметрії, дистанційного управління та автоматичного відключення для збору даних на точці під'єднання 10 кВ та стану переключників.

Існуючі шлюзові імпульсні лічильники замінюються трифазними електронними багатофункціональними енергетичними лічильниками для збору операційних даних від генераторних установок, які передаються до FTU через полеву шину. FTU оснащений модулем вертикального шифрування з подвійною карткою. Дані безпечним чином шифруються та завантажуються до інтегрованої регіональної диспетчерської системи через спеціальний приватний бездротовий канал зі стійким сигналом покриття.

При виникненні аварії на під'єднаній лінії, що призводить до відкриття вилучного пристрою підстанції, активується захист від втрати напруги FTU, і стовпчиковий вилучний пристрій відкривається, відключаючи малу гідроелектростанцію від мережі. Після відновлення постачання енергії відбувається повторна синхронізація та під'єднання.

​3.2 Комплект цифрового обладнання автоматизації​
Цифровий комплект автоматизації включає стовпчикові вилучні пристрої типу ZW32, двосторонні відокремлювальні відключаючі пристрої, трансформатори напруги живлення та цифрові FTU. Блок вилучного пристрою інтегрує три комбінованих електронних датчика (EVCT) та локальний цифровий блок (ADMU).

Загальна конструкція є компактною та легкою, що сприяє встановленню та обслуговуванню. У порівнянні з традиційними інтелектуальними системами моніторингу обладнання, ця система дозволяє програмному забезпеченню моніторингу отримувати операційні дані з операційних систем 32 одиниць одночасно. Вона також захоплює розмір файлів зображень з камер та моніторить, чи працює нормально програмне забезпечення детекторів (малих пакетів, пакетів-планок, відсутності планок у коробках, п'ятиколісних детекторів), а також інформацію про відхилення. Конкретні прояви включають:

• Програмне забезпечення надсилає відхилені зображення на консоль.
• Програмне забезпечення надсилає всі зображення на консоль.
• Програмне забезпечення надсилає всі статистичні дані (включаючи бренд, дату, час, інформацію про одиницю тощо) на консоль.

Використовуючи внутрішню мережу заводу, коли програмне забезпечення моніторингу обладнання генерує дані про аварії, вони передаються на сервер, що викликає місцеві сигнали тривоги через внутрішню мережу заводу. Інформація про аварії також передається віддалено через ПК та мобільні термінали. Проблеми, такі як зупинка програмного забезпечення, відключення камер, невдале захоплення зображень камерами, несправність датчиків виявлення пакетів, невдале отримання зображень дефектів та несправність пристроїв відхилення, викликають вікна попередження на інтерфейсах ПК та мобільних пристроїв. Сторінка попередження відображає інформацію про аварію пристрою, місце, час виникнення та записи про вирішення.

​3.3 Реалізація раннього попередження про якість продукції​
Шляхом аналізу даних виявлення обладнання, виділяються попередження, коли кількість дефектних пачок цигарок перевищує порогові значення або виникають аномальні частоти дефектів. Функція попередження про якість повідомляє обслуговуючий персонал про необхідність налаштування або ремонту відповідних частин основного обладнання, своєчасно усунення дефектів якості та запобігання їх погіршення.

Дані з пристроїв виявлення малих пакетів, п'ятиколісних пристроїв, пристроїв виявлення відсутності планок у коробках та пристроїв виявлення пакетів-планок аналізуються на основі інформації про ім'я зображення дефекту (включаючи час виникнення дефекту, кількість дефектних продуктів та місце розташування камери, де був виявлений дефект). Попередження про дефект продукції виділяється, коли кількість дефектів перевищує порогове значення попередження.

Шляхом аналізу часу та кількості дефектних продуктів, можна статистично проаналізувати частоту дефектів за певний період та довгострокові тенденції. Це надає основу для оцінки управління обладнанням, своєчасного попередження обслуговуючого персоналу про необхідність налаштувань та підвищення наукового управління обслуговуванням.

​3.4 Централізоване управління станом обладнання виявлення​
Керівництво виробництва (персонал процесу якості, керівники обладнання) використовує систему моніторингу для централізованого порівняння та аналізу операційного стану пристроїв виявлення та ситуацій з дефектами продукції, досягаючи централізованого управління станом обладнання виявлення. Система моніторингу обладнання виявлення може відображати реальний час операційного стану, тенденції дефектів якості та статистичний аналіз історичних даних для всього обладнання виявлення на заводі, що дозволяє централізоване управління всім обладнанням заводу.

Повний історичний запис аварій може аналізувати відсоток аварійних одиниць, типи аварій, аварійне обладнання та пікові часи аварій. Планове управління обслуговуванням впроваджується для одиниць, типів аварій та обладнання з частими аваріями, щоб запобігти їх виникненню.

​4 Висновок​
Отже, система виявлення обладнання в цеху виробництва цигарок тютюнового заводу потребує реального онлайн-моніторингу, щоб забезпечити відстеження операційного стану пристроїв виявлення, надання попереджень та локалізації аварій. Це зменшує виникнення дефектів пачок цигарок під час виробничого процесу, забезпечує плавне проведення виробництва та підвищує продуктивність виробництва.