Stav vývoja a trendy integrovanej automatizácie rozvodní

Trafostanica je nepostrádateľným a dôležitým článkom v energetickom systéme. Zodpovedá za ťažké úlohy premeny a prerozdelenia energie a zohráva rozhodujúcu úlohu v ekonomickej prevádzke elektrickej siete. S cieľom zlepšiť stabilnú úroveň prevádzky rozvodní, znížiť náklady na prevádzku a údržbu, zlepšiť ekonomické prínosy a poskytnúť používateľom vysokokvalitné služby v oblasti elektrickej energie sa začala objavovať a široko využívaná komplexná automatizačná technika pre rozvodne.

Komplexná automatizácia rozvodne má aplikovať výpočtovú techniku ​​a modernú komunikačnú techniku ​​na sekundárne zariadenia rozvodne (vrátane riadenia, signálu, merania, ochrany, automatiky a zariadení diaľkového ovládania a pod.), realizovať automatické monitorovanie a meranie rozvodne prostredníctvom funkčná kombinácia a optimalizované riadenie a koordinácia dizajnu, ako aj komplexné automatizačné systémy, ako je dispečerská komunikácia. Realizácia komplexnej automatizácie rozvodní môže zlepšiť úroveň ekonomickej prevádzky elektrickej siete, znížiť investície do infraštruktúry a poskytnúť prostriedky na podporu bezobslužných rozvodní. Rýchly rozvoj výpočtovej techniky, informačných technológií a sieťových technológií viedol k rozvoju komplexnej automatizačnej techniky v rozvodniach. V posledných rokoch s rozvojom digitálnych elektrických meracích systémov (ako sú fotoelektrické transformátory alebo elektronické transformátory), inteligentných elektrických zariadení a súvisiacich komunikačných technológií sa integrovaný automatizačný systém rozvodní posúva smerom k digitalizácii.

I. Hlavné funkcie integrovaného automatizačného systému rozvodne

Základné funkcie integrovaného automatizačného systému rozvodne sa odrážajú vo funkciách nasledujúcich šiestich podsystémov:

1. Monitorovací subsystém;

2. Subsystém ochrany relé;

3. Subsystém komplexného riadenia napätia a jalového výkonu;

4. Nízkofrekvenčný riadiaci subsystém energetického systému;

5. Podsystém automatického prepínania napájacieho zdroja v pohotovostnom režime;

6. Komunikačný subsystém.

Táto časť je obsahovo pomerne bohatá a existuje veľa dokumentov, ktoré ju podrobne vysvetľujú, takže tento článok nebude zachádzať do podrobností.

II. Tradičný automatizačný systém rozvodne

1. Štruktúra systému

V súčasnosti sú štruktúry integrovaných systémov automatizácie rozvodní doma a v zahraničí rozdelené do nasledujúcich troch typov na základe návrhových nápadov [1]:

(1) Centralizované

Používajte počítače rôznych tried na rozšírenie obvodov periférnych rozhraní, centrálne zbierajte analógové, prepínacie a digitálne informácie o rozvodni, vykonávajte centralizované spracovanie a výpočty a kompletné monitorovanie mikropočítačov, ochranu mikropočítačov a niektoré funkcie automatického riadenia. Jeho vlastnosti sú: vysoké požiadavky na výkon počítača, slabá škálovateľnosť a udržiavateľnosť a je vhodný pre stredné a malé rozvodne.

(2) Distribuované

Rozdelené podľa sledovaných objektov alebo systémových funkcií rozvodne, viacero CPU pracuje paralelne a na realizáciu dátovej komunikácie medzi CPU sa používa sieťová technológia alebo sériové metódy. Distribuovaný systém sa ľahko rozširuje a udržiava a lokálne poruchy neovplyvňujú normálnu prevádzku ostatných modulov. Tento režim možno použiť na centralizované zoskupovanie obrazoviek alebo zoskupovanie na rozdelenej obrazovke počas inštalácie.

(3) Decentralizovaná distribúcia

Každý zber dát, riadiaca jednotka (I/O jednotka) a ochranná jednotka vo vrstve vývodu sú inštalované lokálne na rozvodnej skrini alebo v blízkosti iného zariadenia. Každá jednotka je na sebe nezávislá a je prepojená iba cez komunikačnú sieť a je napojená na hlavnú meraciu a riadiacu jednotku na úrovni rozvodne. komunikácia. Funkcie, ktoré možno vykonať na úrovni pozície, nezávisia od komunikačnej siete, ako napríklad ochranné funkcie. Komunikačná sieť je zvyčajne optická vlákna alebo krútená dvojlinka, ktorá v maximálnej miere komprimuje sekundárne zariadenia a sekundárne káble, čím šetrí investície do inžinierskych stavieb. Inštalácia môže byť buď rozptýlená v každom oddelení, alebo môže byť centralizovaná alebo hierarchické zoskupenie obrazoviek v riadiacej miestnosti. Môže to byť aj tak, že jedna časť je v riadiacej miestnosti a druhá časť je roztrúsená na rozvodnej skrini.

2.Existujúce problémy

Integrovaný automatizačný systém rozvodne dosiahol dobré aplikačné výsledky, existujú však aj nedostatky, ktoré sa prejavujú najmä v: 1. Výmena informácií medzi primárnym a sekundárnym zariadením stále pokračuje v tradičnom režime káblového zapojenia, ktorý je drahý a nepohodlný pri výstavbe a údržbe; 2. Sekundárna časť zberu údajov sa do značnej miery opakuje, čím sa plytvajú zdroje; 3. Informačná štandardizácia je nedostatočná, zdieľanie informácií je nízke, existuje viacero systémov súčasne a prepojenie medzi zariadeniami a medzi zariadeniami a systémami je zložité, čo vytvára informačné ostrovy a sťažuje komplexné uplatňovanie informácií; 4. Keď dôjde k nehode, objaví sa veľké množstvo poplašných informácií o udalostiach, ktorým chýba účinný mechanizmus filtrovania, čo narúša správne posúdenie chyby službukonajúcimi operátormi.

III. Digitálna rozvodňa

Digitálne rozvodne sú ďalším stupňom vývoja automatizácie rozvodní. Plán rozvoja vedy a techniky „Jedenásta päťročnice“ spoločnosti „Power Grid Company“ jasne uviedol, že počas obdobia „Jedenástej päťročnice“ sa budú skúmať digitálne rozvodne a vybudujú sa demonštračné stanice. 2 a v súčasnosti existujú digitálne rozvodne. Dokončené a uvedené do prevádzky, ako je napríklad Fuzhou Convention and Exhibition Transformation 110 kV digitálna rozvodňa.

1. Koncepcia digitálnej rozvodne

Digitálna rozvodňa sa vzťahuje na rozvodňu, v ktorej sú procesy zberu, prenosu, spracovania a výstupu informácií úplne digitálne. Jeho základnými charakteristikami sú inteligentné zariadenia, komunikačná sieť a automatizovaná prevádzka a riadenie.

Digitálne rozvodne majú tieto hlavné vlastnosti:

(1) Inteligentné primárne vybavenie

Inteligentné primárne zariadenia, ako sú elektronické transformátory a inteligentné spínače (alebo tradičné spínače s inteligentnými terminálmi) využívajúce digitálny výstup. Primárne zariadenie a sekundárne zariadenie si vymieňajú vzorkovacie hodnoty, stavové veličiny, riadiace príkazy a ďalšie informácie prostredníctvom optického prenosu digitálne zakódovaných informácií.

(2) Sieťovanie sekundárnych zariadení

Komunikačná sieť sa používa na výmenu informácií, ako sú analógové hodnoty, spínacie hodnoty a riadiace príkazy medzi sekundárnymi zariadeniami, pričom riadiace káble sú eliminované.

(3) Automatizácia systému riadenia prevádzky

Mali by byť zahrnuté automatizačné systémy, ako sú systémy automatickej analýzy porúch, systémy monitorovania zdravotného stavu zariadení a naprogramované riadiace systémy, aby sa zlepšila úroveň automatizácie a znížila sa náročnosť a pracovné zaťaženie prevádzky a údržby.

2. Hlavné technické charakteristiky digitálnych rozvodní

(1) Digitalizácia zberu údajov

Hlavným znakom digitálnej rozvodne je použitie digitálnych elektrických meracích systémov (ako sú fotoelektrické transformátory alebo elektronické transformátory) na zhromažďovanie elektrických parametrov, ako je prúd a napätie 3 na dosiahnutie efektívnej elektrickej izolácie primárnych a sekundárnych systémov a zvýšenie dynamiky. rozsah merania elektrických veličín a zlepšuje presnosť merania, čím poskytuje základ pre realizáciu transformácie z konvenčnej redundancie zariadení rozvodne na informačnú redundanciu a aplikáciu informačnej integrácie.

(2) Hierarchické rozdelenie systému

Vývoj systémov automatizácie rozvodní zaznamenal prechod z centralizovaných na distribuované. Väčšina hierarchických systémov automatizácie distribuovaných rozvodní druhej generácie využíva vyspelú sieťovú komunikačnú technológiu a otvorené prepojovacie protokoly, ktoré môžu úplnejšie zaznamenávať informácie o zariadeniach a výrazne zlepšiť rýchlosť odozvy systému. Štruktúru systému automatizácie digitálnej rozvodne možno fyzicky rozdeliť do dvoch kategórií, a to inteligentné primárne zariadenia a sieťové sekundárne zariadenia; z hľadiska logickej štruktúry ju možno rozdeliť na „process layer“ a „bay layer“ podľa definície komunikačného štandardu IEC61850. Tri úrovne ""stanice riadiacej vrstvy". V rámci každej úrovne a medzi nimi sa používa vysokorýchlostná sieťová komunikácia.

(3) Zosieťovanie interakcie informácií a integrácia informačných aplikácií

Digitálne rozvodne používajú nové digitálne transformátory s nízkym výkonom namiesto konvenčných transformátorov na priamu konverziu vysokého napätia a vysokého prúdu na digitálne signály. Výmena informácií prebieha medzi zariadeniami v lokalite prostredníctvom vysokorýchlostných sietí. Sekundárne zariadenia nemajú I/O rozhrania s duplicitnými funkciami. Bežné funkčné zariadenia sa stávajú logickými funkčnými modulmi na dosiahnutie zdieľania údajov a zdrojov. V súčasnosti je IEC61850 medzinárodne určený ako komunikačný štandard pre automatizáciu rozvodne.

Okrem toho digitálna rozvodňa integruje informácie a optimalizuje funkcie pôvodných rozptýlených sekundárnych systémových zariadení, takže sa môže efektívne vyhnúť duplicite hardvérových konfigurácií pri monitorovaní, riadení, ochrane, zázname porúch, meracích a meracích zariadeniach konvenčných rozvodní s problémami ako napr. keďže dochádza k nezdieľaniu informácií a vysokým investičným nákladom.

(4) Prevádzka inteligentného zariadenia

Nový sekundárny systém vysokonapäťových ističov je vytvorený pomocou mikropočítačov, technológie výkonovej elektroniky a nových senzorov. Inteligencia systému ističov je realizovaná mikropočítačom riadeným sekundárnym systémom, IED a zodpovedajúcim inteligentným softvérom. Ochranné a riadiace príkazy môžu byť odovzdané. Optická sieť zasahuje do systému sekundárneho okruhu nekonvenčnej rozvodne, čo umožňuje digitálne rozhranie s ovládacím mechanizmom ističa.

(5) Stav údržby zariadenia

V digitálnych rozvodniach možno efektívne získať údaje o prevádzkovom stave siete a informácie o poruchách a činnosti rôznych zariadení IED, aby sa dosiahlo efektívne monitorovanie prevádzky a stavu signálovej slučky. V digitálnych rozvodniach nie sú takmer žiadne nemonitorované funkčné jednotky a v zbierke charakteristík stavu zariadení nie sú žiadne slepé miesta. Stratégiu údržby zariadení je možné zmeniť z „pravidelnej údržby“ zariadení konvenčnej rozvodne na „podmienenú údržbu“, čím sa výrazne zlepší dostupnosť systému.

(6) Princíp merania LPCT a vzhľad inšpekčného prístroja

Ako už bolo spomenuté, LPCT je vlastne elektromagnetický prúdový transformátor s nízkym výstupným výkonom. V norme IEC je uvedený ako implementačná forma elektronického transformátora prúdu, ktorý predstavuje elektromagnetický transformátor prúdu. Smer vývoja so širokými aplikačnými perspektívami. Pretože výstup LPCT je vo všeobecnosti dodávaný priamo do elektronických obvodov, sekundárne zaťaženie je relatívne malé; jeho jadro je vo všeobecnosti vyrobené z vysoko magneticky permeabilných materiálov, ako je mikrokryštalická zliatina, a presnosť merania sa dá dosiahnuť menším prierezom jadra (veľkosťou jadra). požiadavky.

(7) Zhutňovanie štruktúry systému a štandardizácia modelovania

Digitálny elektrický merací systém sa vyznačuje malými rozmermi a nízkou hmotnosťou. Dá sa integrovať do systému inteligentného rozvádzača a funkčnú kombináciu a usporiadanie zariadení možno optimalizovať podľa koncepcie mechatronického dizajnu rozvodne. Vo vysokonapäťových a ultravysokonapäťových rozvodniach sú I/O jednotky ochranných zariadení, meracích a riadiacich zariadení, zapisovačov porúch a iných automatických zariadení súčasťou primárnych inteligentných zariadení, ktoré realizujú návrh IED s uzavretým procesom; v rozvodniach stredného a nízkeho napätia Ochranné a monitorovacie zariadenia môžu byť miniaturizované, kompaktné a kompletne inštalované na rozvádzači.

IEC61850 stanovuje štandard modelovania pre energetické systémy a definuje jednotný a štandardný model informácií a model výmeny informácií pre systémy automatizácie rozvodní. Jeho význam sa prejavuje najmä v realizácii interoperability inteligentných zariadení, realizácii zdieľania informácií v rozvodniach a zjednodušení údržby systému  konfigurácie a implementácie projektov.

3. Norma IEC61850

IEC61850 je séria noriem pre „Komunikačné siete a systémy rozvodní“ formulovaná pracovnou skupinou TC57 Medzinárodnej elektrotechnickej komisie. Ide o medzinárodnú štandardnú referenciu pre systémy automatizácie rozvodní založené na platformách sieťovej komunikácie. Stane sa tiež štandardom pre energetické sústavy od dispečingov po rozvodne, v rámci rozvodní a distribučných sústav. Očakáva sa tiež, že komunikačný štandard pre bezproblémové pripojenie elektrickej automatizácie sa stane štandardom priemyselnej riadiacej komunikácie pre univerzálnu sieťovú komunikačnú platformu.

V porovnaní s tradičným systémom komunikačných protokolov má IEC61850 po technickej stránke tieto vynikajúce vlastnosti: 1. Využíva technológiu objektovo orientovaného modelovania; 2. Používajte distribuované a vrstvené systémy; 3. Používať rozhranie abstraktných komunikačných služieb (ACSI) a špeciálnu technológiu SCSM na mapovanie komunikačných služieb; 4 využíva technológiu MMS (Manufacture Message Specification); 5 má interoperabilitu; 6 má otvorenú architektúru orientovanú na budúcnosť.

VI. Záver

Aplikácia systémov automatizácie rozvodní u nás dosiahla veľmi významné výsledky a zohráva významnú úlohu pri zlepšovaní ekonomickej úrovne prevádzky elektrickej siete. V súčasnosti s neustálym vývojom nových technológií vznikajú digitálne rozvodne. V porovnaní s tradičnými rozvodňami majú digitálne rozvodne nasledujúce výhody: zníženie sekundárneho vedenia, zlepšenie presnosti merania, zlepšenie spoľahlivosti prenosu signálu, predchádzanie problémom, ako je elektromagnetická kompatibilita, prenosové prepätie a dvojbodové uzemnenie spôsobené káblami, a riešenie problémov medzi zariadeniami. Problémy interoperability, rôzne funkcie rozvodne môžu zdieľať jednotnú informačnú platformu, čím sa zabráni duplicite zariadení a ďalej sa zlepší úroveň automatizovanej prevádzky a riadenia. Digitálna rozvodňa je smer vývoja technológie automatizácie rozvodní.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.