Автоматизация на електроразпределителни мрежи

За да се използват по най-добрия начин възможностите, които дава автоматизацията на електроразпределителните мрежи, трябва да се обединят комуникационните мрежи, системите за управление и устройствата на терен. Освен това е необходимо провеждането на достатъчно тестове и проби, за да е сигурно, че оборудването работи съгласно проектните изисквания. С цел осигуряване на безопасна и ефективна експлоатация на техническите средства, диспечерите на мрежата и екипите по поддръжка на място също трябва да бъдат обучени.

Умните релета, автоматичните фидерни прекъсвачи и системите за управление на електроразпределението, например, могат да бъдат настроени да си взаимодействат така, че да установят мястото на повредата, да го изолират и да предприемат действия по възстановяване на енергоподаването. Затова, освен че трябва да се знае как устройствата и системите работят самостоятелно, важно е да се разбере и как те работят съвместно, тъй като в електроразпределението обикновено решаването на текущите задачи е свързано с координация в различна степен.

Комуникационни мрежи

Комуникационните мрежи, като част от електроразпределителните системи, осигуряват събирането на данни от датчици, обработката на данните и подаването на управляващи сигнали към изпълнителните устройства. Използването на комуникационните мрежи за тези цели разширява възможностите на диспечерите на системата за управление на енергийния баланс и за справяне с проблеми, свързани с надеждността.

В повечето електроразпределителни системи комуникациите са изградени на няколко нива, посредством които се осъществяват връзките между информационните и управляващите системи, както и към/от устройствата на терен. В много случаи се използват комуникационни мрежи с две нива. Най-често първото ниво свързва подстанциите и системите за управление на електроразпределението в диспечерския център.

За изграждането му се ползват високоскоростни оптични или микровълнови комуникационни канали. Има и електроразпределителни системи, в които на това първо ниво се ползват системи за диспечерско управление и събиране на данни от тип SCADA. Второто ниво на комуникационните мрежи обикновено свързва подстанциите с устройствата на терен. За целта се ползват безжични връзки или самите силови линии, по които се пуска и комуникацията.

Подходи при автоматизацията на електроразпределителното оборудване

Автоматизираното превключване на фидерите се осъществява чрез автоматично изолиране и преконфигуриране на секции от разпределителните фидери, като за целта влизат в действие датчици, управления, прекъсвачи и комуникационни системи. Автоматичните фидерни прекъсвачи могат да се отварят или затварят в отговор на настъпило аварийно събитие, регистрирано на място в същата подстанция, или по команда, подадена от друго място.

Съвместната работа на средства за комуникация и за управление дава възможност за координиране на множество прекъсвачи, така че да се изолират повредените фидерни секции и енергоподаването да се пренасочи през изправните. Тези координирани действия включват откриване на мястото на повредата (локализация), изолиране и възстановяване на работата (съкр. ЛИВР).

Ефективното провеждане на изброените действия може да редуцира броя на крайните потребители, при които прекъсванията на електроподаването се случват често, а така също и да намали средната продължителност на прекъсванията. Работата на системите, извършващи ЛИВР, зависи от няколко фактора като: топологията на системата от фидери (напр. радиална, по затворен контур, мрежова); товаровия график; броя на засегнатите фидерни секции; използваните методи за управление.

Най-общо, има два основни подхода за автоматизация - централизиран и децентрализиран. При централизираното превключване следва да се използват системи за управление на електроразпределението или такива от тип SCADA за координиране на операциите, извършвани от автоматизираното оборудване, спрямо множество фидери.

При децентрализираното превключване (наричано понякога също и разпределено или автономно превключване) се използват предварително установени логически алгоритми за локално управление, по които действа автоматизираното оборудване. В много системи централизираният и децентрализираният подход се ползват комбинирано.

Времето, което отнема извършването на действията по ЛИВР, зависи от последователността на настъпилите събития, от наличните устройства на терен и от времезакъсненията в комуникационните мрежи. В централизираните системи се взимат под внимание повече фактори при избора на оптимален начин за превключване, поради което времето за ЛИВР е по-дълго. Но в замяна на това те предлагат повече варианти за превключването, като се отчитат особеностите на товаровия график и други възможни усложнения.

Децентрализираните системи обикновено превключват измежду няколко предварително зададени фидера и могат да извършват ЛИВР по-бързо.

Изборът на различните прекъсвачи, системи и подходи за управление на фидерите зависи от целите на конкретния проект, от наличните по-стари системи и оборудване, от дългосрочните цели за модернизация на електроразпределителната мрежа и от инвестиционното планиране.

В проекти за модернизация на малка група високорискови фидери, при които сравнително често се стига до прекъсване на електроподаването, може да се предпочете разпределеният подход. Докато в проекти, целящи общо подобрение на надеждността в голямата част от обслужваната територия, може да бъде избран централизираният подход.

Други аспекти при модернизацията на електроразпределителните системи, като поддържането на стабилно напрежение, компенсирането на реактивната мощност и общото управление на активите, също влияят върху инвестиционните решения във връзка с избора на подход за превключването на фидерите.

Приспособления за автоматизирано управление

В някои случаи към съществуващите разпределителни прекъсвачи се монтират приспособления за автоматизирано управление или пък прекъсвачите се подменят с нови, в които са вградени функциите за такова управление. Към допълнително монтираните приспособления влизат компютри, потребителски интерфейс панели и комуникационни системи, които осигуряват възможността оборудването да бъде програмирано и управлявано от разстояние.

Тези устройства ползват датчици за ток и напрежение за откриването на повредите. Контролерите отварят и затварят прекъсвачите поотделно или в комбинация с други прекъсвачи, според програмирания алгоритъм и в зависимост от текущото състояние на системата. Тази функционална възможност е важна, за да може, докато се извършват действията по ЛИВР, да се балансират товарите между фидерите, без оборудването да се излага на допълнителен риск от повреда.

Приспособленията за автоматизирано управление могат да се командват дистанционно от диспечери или от системи. В зависимост от конкретните нужди, тези приспособления могат да изпълняват и по-сложни алгоритми, в които да се отчитат измененията на условията в системата или на текущите оперативни цели. Например, при приближаването на силни бури прекъсвачите могат да бъдат програмирани да не се затварят отново, тъй като се очаква да има повече повреди, които не могат да се изчистят при повторно затваряне.

Тази функционална възможност може да предотврати проблеми, които произтичат от ненужно повторно затваряне и от токове на късо съединение в части от системата, за които е вероятно да се повредят, поради щетите, нанесени от бурята.

Системи за управление в електроразпределението

Системите за управление в електроразпределението (СУЕР) събират данни от различни източници - датчици, системи за мониторинг и други устройства за следене на различни условия и за управление на мрежата. Те служат за визуализация и подпомагат диспечерите на мрежата при взимане на решения, свързани с наблюдението и управлението на системите, компонентите и на енергийния баланс.

СУЕР най-често се използват за наблюдение на електроразпределителната система и за откриване на такива състояния на фидерите и оборудването, които могат да доведат до повреди и прекъсвания на електроподаването. Използват се също и за установяване на повредите и за избор на оптималната последователност от превключвания, така че да се възстанови захранването за възможно най-голяма част от товарите или за максимален брой потребители.

Една СУЕР непрекъснато обновява динамичния модел на мрежата почти в реално време, така че диспечерите да могат да следят по-добре ставащото в нея във всеки един момент. Промените в натоварването, прекъсванията и проблемите по поддръжката се изобразяват пред диспечерите на екрани и други средства за визуализация.

СУЕР могат да се използват и като симулатори за обучение на диспечерите, а също и като средство за анализ на реакцията по възстановяване след прекъсване на енергоподаването, случило се по най-разнообразни причини. СУЕР могат да намерят приложение и при задачите по автоматично поддържане на стабилно напрежение, при управлението на реактивната мощност, както и при редица други дейности, които увеличават ефективността на електроразпределението и поддръжката.

Системи за управление на прекъсванията

Системите за управление на прекъсванията (СУП) включват средства за визуализация и управление на информацията, чрез които се анализират данните за прекъсванията, за да се установи техният обхват и вероятният източник на проблемите. СУП събира в едно: информацията за часа и мястото, от което крайните потребители са позвънили, за да съобщят за повреда; подадените от интелигентни електромери сигнали за прекъсвания на захранването; данните за повредите от подстанциите и устройствата за мониторинг на фидерните линии.

Обикновено в СУП влизат географски информационни системи, които са свързани към компютрите, ползвани от ремонтните екипи, така че те да могат да получат по-бързо точното местоположение на повредата, а заедно с това и по-добра представа за предстоящия за решаване проблем. В миналото повечето СУП са разчитали на ограничена информация - обажданията на крайните потребители, обща информация за прекъсванията в подстанцията и къде са прекъсвачите.

Чрез филтриране и анализ на всички данни за прекъсванията, постъпващи от различни източници, модерните СУП могат да предоставят на диспечерите и ремонтните екипи по-детайлна и полезна за непосредствената работа информация. По този начин справянето с прекъсванията и възстановяването на електроподаването става по-прецизно и по-евтино, което означава и по-добро функциониране на системата.

Откриване на повреди и автоматични фидерни прекъсвачи

Устройствата на терен са най-разнообразни и се инсталират по протежение на фидерите и в подстанциите, с цел регулиране на енергийния баланс в мрежата. Функционирането им може да се координира с работата на другите системи - информационни и управляващи - и така да се постигне надеждност на електроразпределението.

Умните релета и средствата за анализ на повредите, като част от СУЕР, осигуряват по-висока точност при определяне на мястото и вида на повредите, както и причините за тях. Индикатори за отдалечени повреди оповестяват диспечерите и екипите на място, когато се случат такива и когато напрежението и токът прехвърлят нормалните работни граници. Интелигентните релета събират информация за електрическите параметри на повредите и като използват по-сложни алгоритми, помагат на диспечерите при диагностиката на местата и причините за възникването им.

Тези устройства и системи обикновено използват датчици с по-висока разделителна способност, които по-добре могат да отчетат признаците на повреда и да засекат много кратки прекъсвания. Чрез анализ на данните при засичане на повреда, електроразпределителните дружества могат да предприемат коригиращи действия (напр. автоматично превключване на фидер или пък подкастряне на пречещи клони на дървета) и така да намалят вероятността от чести прекъсвания.

С напредъка в сензорната и релейната техника напоследък се подобриха и възможностите за откриване на високоимпедансни повреди. Те се случват, когато силови линии под напрежение се окажат в допир с външни предмети (напр. клони на дървета), при което се получава ток на утечка. Токовете при такъв вид повреди трудно се откриват с конвенционални релета.

Индикаторите за повреда представляват датчици, които могат да разпознаят признаците на различни повреди в измененията на електрическите параметри. Такива признаци са например големи токове или ниски/липсващи напрежения. Към индикаторите за повреди могат да бъдат монтирани както дисплеи за визуализация в помощ на екипите на място, така и средства за интегрирането им към комуникационните мрежи, част от SCADA или СУЕР.

При следенето на електроразпределителните мрежи за повреди и за признаците, които ги предшестват, могат да се установят други проблеми по оборудването или допир на силовите линии с дървета. В такива случаи се предприемат коригиращи действия за предотвратяване на чести прекъсвания.

Автоматичните фидерни прекъсвачи се отварят и затварят и в отговор на команди, подадени от автономно действащи управления, от СУЕР или от диспечерите. Прекъсвачите могат да бъдат настроени така, че да изолират повредите, да формират верига в обход на авариралите части на разпределителния фидер и така да се възстанови електроподаването.

Щом се открие повреда, прекъсвачите могат също и да се отварят и затварят по предварително установен ред и през предварително зададени времеви интервали. Тази процедура, известна като повторно затваряне, се използва, за да прекрати електроподаването към фидера, до който например нещо се е допряло, и за да го възстанови след отстраняване на проблема. Повторното затваряне намалява вероятността от чести прекъсвания, в случай че дървета или други предмети временно контактуват с електропроводите по време на бури и силни ветрове.

Датчици за изправността на оборудването и устройства за следене на натоварването

Датчиците за изправността на оборудването следят състоянието му и измерват различни параметри - като температурите на изолационното масло в силовите трансформатори - които могат да разкрият потенциални възможности за повреди. Те могат да бъдат конфигурирани да измерват различни параметри в много видове оборудване. Обикновено се монтират в подстанции и по съоръжения, чиято повреда би довела до сериозни последствия за електроразпределителната мрежа и за крайните потребители.

Когато бъдат използвани от средствата за анализ, данните от датчиците за изправността на оборудването могат да подават на диспечерите и на екипите по поддръжката навременни предупреждения и полезна за работата информация. В отговор могат да се предприемат различни действия - да се изключи оборудването, да се поправи на място или да се пренасочат товарите.

Данните от такива измервания, щом веднъж вече са стигнали до диспечерите по каналите за комуникация, могат да се ползват за подаване на алармени съобщения, ако натоварването достигне потенциално опасни нива.

Устройствата за следене на товарите трябва да бъдат включени към комуникационните мрежи и към средствата за анализ, за да могат диспечерите реално да преценяват каква е динамиката на натоварването и да предприемат съответните коригиращи действия по превключване, когато е необходимо. Подобни устройства на терен се ползват заедно с информационните и управляващи системи, за да се предотвратяват прекъсвания поради отказ на техниката или поради претоварване.

Устройства за откриване на прекъсвания и интели-гентни електромери

Доскоро в повечето електроразпределителни дружества се разбираше, че електроподаването е спряло, едва след като крайните потребители се обадят и съобщят за това. Не всички потребители съобщават за прекъсвания, а тези, които го правят, могат да звънят по различно време. Съвсем малко са потребителите, които се обаждат, за да съобщят, че електроподаването е възстановено.

Поради това специалистите в електроразпределителните дружества са разполагали с непълна информация за местата, на които е прекъснало захранването, а оттам и реакциите са били неефективни и със закъснение. Нови устройства и системи дават възможност да се разбира, когато крайните потребители останат без електроподаване, а също така и да се установяват по-точно местата, където това се е случило. Така се съкращава времето за възстановяване, както и продължителността на прекъсванията.

Интелигентните електромери имат функция за подаване на съобщение при прекъсване на електроподаването. Щом остане без захранване, такъв електромер, “с последния си дъх”, подава предупредителното съобщение. То съдържа номера на електромера, по който се разбира местоположението му, и точния час и дата.

Системите, поддържащи инфраструктурата за интелигентно отчитане на електроенергията (ИИОЕ), обработват тези съобщения и могат да оповестят диспечерите и ремонтните екипи кои електромери са останали без захранване и къде се намират те. Подобни системи обикновено са част от СУП и обработват данните за прекъсванията, постъпили от много източници, с което помагат на диспечерите да определят обхвата на тези прекъсвания и вероятните причини за тях.

Интелигентните електромери могат също и да изпратят съобщение при възстановяване на електроподаването. Тази информация може да се използва за по-ефективно управление на усилията по възстановяването и за да е сигурно, че не са се случили други прекъсвания, преди ремонтните екипи да бъдат освободени.

В някои електроразпределителни системи се използва една функция, характерна за ИИОЕ, с която електромерите в засегнатите райони се “разпитват” (ping). Така се установяват границите на прекъсването и се проверява на кои потребители електроподаването вече е възстановено. Тези функционални възможности позволяват екипите да се придвижват по-ефективно, което спестява време и финансови средства.