Дәстүрлі электр станцияларының ақылды түрленуін қалай іске асыруға болады?

Дәстүрлі электр станцияларының ақылды түрленуін қалай іске асыруға болады?

Әлемнің бірнеше мыңдық қосалқы станциялары әлі де электромагнитті релелермен, баялар арасында нүктеден-нүктеге дейін созылатын мыс басқару кабельдерімен және операторлардың сағатына бір рет жүргізетін айналымдары кезінде толтыратын қағаз журнал парақтарымен жұмыс істейді. Бұл қосалқы станциялар сенімді, бірақ олар сонымен қатар «көрмеуші» болып та табылады — өздерінің жағдайларын ешқашан хабарламайды, ақауларды алдын ала болжай алмайды және қашықтан басқарылмайды. Ақылды түрлендіру бұл жағдайды толық жаңадан құруға мәжбүр етпей-ақ өзгертеді.

Ақылдылық қабаты: Қандай компоненттер жаңартылады

Ақылды айналым станциясының түрлендіруі төрт қызметтік қабатты қамтиды. Процесс қабаты аналогтық сигналдарды олардың көзінде цифрландырады — әдеттегі ток трансформаторлары мен кернеу трансформаторларын орынбасушылары — сандық үлгілерді талшықты оптикалық таратқыш арқылы шығаратын әдеттегі емес өлшеу трансформаторлары (NCITs)мен алмастырады. Бей қабаты дискретті қорғаныс релеулерін IEC 61850 GOOSE хабарламалары арқылы байланысқан ақылды электрондық құрылғылармен (IEDs) алмастырады, бұл қатты сымдалған екілік сигналдардың орнына жүреді. Станция қабаты қатты сымдалған басқару панелін SCADA жүйесі мен адам-машина интерфейсі (HMI) көрсеткіштері бар оператор жұмыс орнымен алмастырады. Кәсіпорын қабаты айналым станциясын коммуналдық кәсіпорынның активтерді басқару, энергияны басқару және жағдайға негізделген жөндеу платформаларына қосады.

Сатылы түрде жасалған түрлендіру бұл қабаттарды тәуелсіз жаңартуға мүмкіндік береді. Астыңқы станцияда IED-тер арасында IEC 61850 станциялық шинасы бойынша байланыс орнатылуы мүмкін, ал қолданыстағы өлшеу трансформаторлары сақталады — бұл бір-бірімен байланыс жылдамдығын арттырады және бастапқы жабдыққа тиімді әсер етпей-ақ кабельдің қолданысын азайтады. Керісінше, станцияда процесс деңгейінде NCIT және біріктіруші блоктар орнатылуы мүмкін, ал қолданыстағы қорғаныс релелері (аналогтық кірістері бар) сақталады — бұл қорғаныс схемаларын өзгертпей-ақ өлшеу дәлдігін жақсартады.

IEC 61850: Ақылды жұмыс істеуді мүмкін ететін протокол

Дәстүрлі астыңқы станцияның сымдары әрбір өлшеу трансформаторынан әрбір өлшеу қажет ететін релеға дейін арнайы мыс жұптарын өткізеді — бұл жұлдыз тәрізді топология километрлік кабельді талап етеді және әрбір терминалдық блокта жеке ақаулық нүктелерін туғызады. IEC 61850 бұны уақыт бойынша синхрондалған Ethernet арқылы бір физикалық инфрақұрылымда үлгіленген мәндер мен GOOSE авариялық сигналдарын біріктіретін оптикалық талшықты желімен алмастырады.

Негізгі инженерлік артықшылықтарды өлшеуге болады. Басқару ғимаратындағы кабельдердің саны шамамен 60–70% азаюы. Әрбір баяны іске қосу уақыты апталардан күндерге дейін қысқарады, себебі талшықтық қосылыстардың жұмыс істеуін LED индикаторлар арқылы тексереді, ал қолмен нүктеден нүктеге дейінгі үздіксіздік сынағын жүргізбейді. Алайда, ең ірі артықшылық — бір-бірімен ыңғайлы жұмыс істеу қабілеті: бір өндірушінің қорғаныс IED-і екінші өндірушінің баян бақылаушысымен стандартталған деректер моделін пайдаланып байланысады, ол әдеттегі электр станциясын интеграциялаудың негізгі элементтері болып табылатын протоколдық шлюздер мен қосымша сәйкестендірулерді жоюға мүмкіндік береді.

Қадамдап түрлендіру жоспары

Бірінші кезеңде станциялық шина қабаты орнатылады: басқару бөлмесіне Ethernet ауыстырғыштары орнатылады, реле құрылғылары IEC 61850-қа сәйкес IED-терге жаңартылады және SCADA HMI енгізіледі. Енді станцияда жергілікті және қашықтан бақылау, оқиғаларды тіркеу және ақауларды жазу мүмкіндігі бар. Бұл кезең әдеттегі 6 баянды тарату электр станциясы үшін 4–6 апта ішінде жоспарланған өшірулер кезінде аяқталуы мүмкін.

Екінші кезеңде процесстік шина қабаты іске қосылады: аналогтық сигналдарды бастапқы көзінде цифрландыру үшін коммутациялық алаңға біріктіруші блоктар орнатылады, талшықты оптикалық талшықтар бақылау ғимаратына дейін созылады және үлгіленген мәндер ағымы конфигурацияланады. Коммутациялық алаң мен бақылау бөлмесі арасындағы мыс көпжіпті кабельдер пайдаланудан шығарылады. Бұл кезең басқаларына қарағанда әлдеқайда көп енгізушілік болып табылады және негізгі жабдықтарды алмастыру циклдарымен әдетте синхрондалады — ағып кеткен ТА және ТК-лар бірдей тоқтату кезінде NCIT-терге ауыстырылады.

Үшінші кезеңде алдыңғы қолданбалар іске қосылады: қосқыш қондырғыларындағы жартылай разрядты бақылау, трансформаторлардағы еріген газды талдау, орама тогының қолтаңбасын талдау арқылы қосқыштардың жағдайын бақылау және ашық желілердегі динамикалық желілік рейтинг. Бұл жағдайға негізделген жөндеу құралдары жөндеу философиясын уақытқа негізделгеннен жағдайға негізделгенге ауыстырады, жабдықтардың қызмет көрсету мерзімін ұзартады және жоспарланбаған тоқтатуларды азайтады.

Мысал: Тарату подстанциясы қашықтан басқарудың мүмкіндігін алды

Африкадағы аймақтық электр желісі 14 автоматтандырылмаған 33/11 кВ трансформаторлық подстанцияларды басқарды; ақауларды диагностикалау үшін техник шақырылуы керек болды — орташа жауап уақыты 2 сағатты құрады. Электр желісі алдыңғы орындағы алты подстанцияда кезеңді ақылды түрлендіруді іске асырды: бастапқыда IEC 61850 стандартына сәйкес қорғаныс құрылғылары (IED) ауыстырылды және SCADA жүйесі интеграцияланды. Жаңа жүйені Қытайдың біріктірілген электр жабдықтарын өндірушісі жеткізді; ол қорғаныс триггерінен кейін 30 секунд ішінде ақауды қашықтан анықтауға және өтпелі ақаулар кезінде қашықтан ажыратқышты қайта қосуға мүмкіндік берді. Орташа өшіру уақыты 4,2 сағаттан 1,1 сағатқа дейін төмендеді. Капиталдық шығындар SAIDI штрафтарының азаюы арқылы 18 ай ішінде өзін-өзі қайтарды.

Жиі қойылатын сұрақтар

Дәстүрлі AIS подстанциясын бастапқы жабдықтарды ауыстырмай түрлендіруге бола ма?

Иә. Бірінші сатыдағы түрлендіру тек қосымша жүйелерді — реле, басқару панельдерін және байланыс желісін — жаңартады, ал қолданыстағы өшіргіштер, ток трансформаторлары (CT), кернеу трансформаторлары (VT) және шиналар сақталады. Негізгі жабдықтар өзгеріссіз қалады, бұл тоқтату уақыты мен капиталдық шығындарды азайтады.

Жаңа цифрлық қосалқы станция мен модернизациялау арасындағы құн айырмашылығы қандай?

Қолданыстағы интеллектуалды модернизация әдетте тең функционалдыққа ие жаңа цифрлық қосалқы станцияның 40–60% құнына тең болады, себебі негізгі жабдықтар, қосалқы станция аумағындағы құрылыс жұмыстары мен ғимарат инфрақұрылымы қайта пайдаланылады.

IEC 61850 стандарты қосалқы станцияның сенімділігін қалай жақсартады?

Талшықты оптикалық байланыс авария кезіндегі жер потенциалының көтерілу қаупін жояды, аналогтық сигналдық кабельдердегі электромагниттік кедергіні жояды және байланыс желісінің үздіксіз өзін-өзі бақылауын қамтамасыз етеді. Жалғанбаған қосылыстар келесі жоспарлы техникалық қызмет көрсету кезінде емес, миллисекунд ішінде анықталады.

Интеллектуалды қосалқы станцияларға қандай киберқауіпсіздік шаралары қолданылады?

IEC 62351 standartы IEC 61850 желілері үшін аутентификацияны, шифрлауды және кілттерді басқаруды анықтайды. Станциялық шинасын сыртқы желілерден физикалық бөлу, IED-терде рөлге негізделген қатысу бақылауы және журналдарды аудиттеу — минималды талаптар. Маңызды трансформаторлық подстанцияларға станциялық LAN-ды бақылайтын кіру детекторлық жүйелері қосылады.

Әртүрлі өндірушілердің IED-тері бірдей IEC 61850 подстанциясында өзара әрекеттесе ала ма?

Иә — егер екі өндіруші де IEC 61850 2-ші басылымы бойынша сәйкестікті тексеру сертификатын алған болса. Подстанция конфигурациясының тілі (SCL) файлы деректер моделінің алмасуын стандарттауға арналған. Sinotech Group сияқты тұтынушылар подстанция интеграциясы қызметінің бір бөлігі ретінде көп өндірушілік өзара әрекеттестікті тексеруді ұсынады.

Ақылды подстанция үшін операторларға қандай дайындық қажет?

Операторларға HMI навигациясы, тревогаларды растау және қашықтан қосу протоколдары бойынша оқыту қажет — тәжірибелі электр станциясы қызметкерлері үшін әдетте 2–3 күн. Қорғаныс инженерлеріне IEC 61850 конфигурациясы мен ақауларды талдау бойынша тереңірек оқыту қажет, әдетте 1–2 апта.