Дистанционното управление на комутационни апарати в енергетиката

ЕлектроенергетикаТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 1, 2014

Съвременната концепция на електрически комплекс за дистанционно управление включва различни видове електрическо и електромеханично оборудване, комбинирани системи и др. Структурата на схемите зависи от избраната система и приетия начин за дистанционно управление, използваните технологични и технически средства. Всяка система за дистанционен контрол обаче трябва да разполага с информационна подсистема, която да извършва събиране, обработване, съхраняване, предаване и представяне на необходимата техническа и икономическа информация за работата на апаратурата в реално време. Също така всяко дистанционно управление трябва да допуска и възможност за локално управление.

Системите за дистанционно управление предлагат редица предимства, сред които свързване на електрическите съоръжения и уредби в едно цялостно управление; безопасност на управление на електрическите съоръжения (особено ценни за уредби с високи параметри и неблагоприятна околна среда); бързодействие и достатъчна мощност за управление на големи и сложни енергийни съоръжения и уредби и др.

Класически системи за дистанционно управление

Под термина "класически системи за дистанционно управление" обикновено се разбира релейно-контакторна система, чиято логическа схема за управление и автоматизация се осъществява с релета и контактори. Сред предимствата им могат да се посочат липсата на галванична връзка между устройствата (обикновено се използват безпотенциални (сухи) изходни контакти); значителна комутационна мощност; висока шумозащитеност (устойчивост на паразитни сигнали); възможност за използване на едно захранване на силовите и управляващи вериги. Като недостатъчни се явяват контактната комутация, изискваща постоянни грижи за контактите; ограничено бързодействие; големи масогабаритни показатели; голямо енергопотребление; за уверено сработване на токовите и напрежителни релетата е нужно те да имат коефициент на възврат обикновено 0,85.

Съвременни системи за дистанционно управление

По същество, модерните системи за управление, контрол и регулиране са интегрирани хардуерни и софтуерни системи. Това осигурява единен подход и елементна база и решава пълен набор от управленски задачи за регулиране и контрол. Съвременните системи за дистанционно управление пестят от разходи за окабеляване, а нуждата от добавяне на помощни релета е сведена до минимум. Обикновено са наситени с електроника. Използването на микропроцесорни защити обезпечава изключително бързодействие, селективно изключване на повредата, непрекъснато самотестване на защитите, изработване и изпращане на сигнал за аварията, осцилографиране на аварийния и предаварийния процес, а също така осцилографиране и запис на предшестващите аварията нормални режими. Използването на съвременни силови полупроводникови елементи, микропроцесорни и информационни технологии на практика премахват ограниченията върху сложността и техническата реализация.

Информацията за състоянието на мрежата е в реално време. Бързодействието на защитите е много голямо. Управление и контрол в реално време на процесите може значително да подобри качеството на електрическата енергия не само по време на нормална работа, но също по време на поддръжката и при аварии. Апаратурата също така допринася за намаляване на работните и експлоатационни разходи, увеличава се надеждността. Намалението на пространството, изискано за инсталиране на съвременната система за дистанционно управление, съответно, намалява времето за комуникация. Освен това цялата нужна информация е леснодостъпна при извършване на операциите локално. За целта се контролират технологичните процеси на енергийните съоръжения чрез многобройни и всеобхватни измервания. Следят се автоматично много параметри: напрежение, ток, мощност, енергия, честота и др.

Ролята на оператора е сведена до минимум. Съвременната система за дистанционно управление не само осигурява интелигентно управление, но също така е една интелектуална инвестиция, използвайки съвременни технологии.

Нова тенденция в развитието на енергетиката и техническата база в световен мащаб са замяната на остарелите съоръжения с принципно нови. В електрическите централи и подстанции все повече навлизат системите за автоматизирано управление, измествайки класическите системи за дистанционно управление. Новите качествени високотехнологични продукти осигуряват сигурна и надеждна работа на всички технологични процеси.

Структурата на схемите за дистанционно управление зависи от избраната система, приетия начин за използване на технически средства, технологичните особености на първичните вериги, типа и конструктивните особености на командваните комутационни апарати и на техните задвижвания. Системите за дистанционно управление имат две основни функции - информационна и командна, които се реализират чрез техните функционално-технологични подсистеми.

Дискретните логически системи за дистанционно управление (ДЛДУ) могат да бъдат изпълнени с дискретни електронни елементи или изпълнени с контактна апаратура с използване на релета, логически елементи, цифрови възли, програмируеми логически контролери. ДЛДУ осъществяват автоматизация на технологичните режими. Това означава, че ДЛДУ изготвя и подава команда и за изпълнение в определена последователност и логика на операциите. Това решение съчетава местен и дистанционен контрол на подстанцията, води до икономия в инженерството, експлоатацията и разходите за обучение.

Системите за оперативен ток трябва да имат постоянна готовност за работа и голяма надеждност при всички режими на експлоатация в това число и при късо съединение, когато е възможно напрежението на шините да се понижи до нула. Нарушението на работата им може да доведе до сериозни повреди и аварии. За захранване на важни комутационни апарати се използва постоянен ток, а в много случаи и изправен ток от напреженови и токови трансформатори.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) е диспечерската компютърна система за събиране и анализиране на данни в реално време. Съкращението SCADA обикновено се отнася за централизирани системи, следящи и управляващи изцяло състоянията на съоръженията. Друга такава е Intelligent Supervisory Control или ISC. Такива системи се развиват и усъвършенстват с изключително бързи темпове. Това се налага от непрекъснато нарастващите изисквания към управлението и контрола на електрическите централи, подстанции. Системите за автоматизирано дистанционно управление тип SCADA се отличават с висока степен на интегриране към вече съществуващите системи, възможности за обработка, съхраняване, класификация и визуализация на голямо количество база данни в реално време. Те постигат оптимална поддръжка и експлоатация на съоръженията чрез непрекъсната пълна диагностика в реално време и значително намаляват работните разходи и разходите за монтаж, окабеляване и поддръжка.

Най-голямото им предимство е, че чрез SCADA системите напълно се елиминира субективният фактор. Това прави системите за автоматизирано управление предпочитани и силно конкурентоспособни спрямо класическите системи за дистанционно управление.

Местоположението, структурата и границите на подсистемите, съставляващи системата за управление и контрол, могат да бъдат определени чрез определяне на техните функции и взаимодействия с други електрически подсистеми. Така лесно може да се направи анализ на възникване на аварията. Осцилограмите на аварията могат да бъдат дистанционно предадени на диспечерския пулт. На тази основа може да се направи бърз анализ на причината за изключването, да се пресметне разстоянието до повредата, а по иницииращия сигнал може да се анализира причината за повредата.

Вторични схеми

Системите за дистанционно управление играят важна роля за надеждната, безопасна и икономична работа на електрическите централи и подстанции, поради което техните вторични схеми трябва да се разработват и изпълняват с особено внимание и отговорност. Колкото единичната мощност на електрическите централи и подстанции се повишава, толкова повече се усложняват вторичните схеми. Затова се налага тези системи да имат висока експлоатационна надеждност, винаги да изключват електропроводи или изводи и да спират съоръженията при аварийни режими. Някои от тези съоръжения са особено важни и скъпи и могат да имат по няколко независими изключващи механизми. Изключването може да се осъществи с някои или всички от тях. Изключващите механизми могат да са основни и резервни. Структурата на вторичните схеми се определя от следните фактори:

- тип, мощност, сложност, режими и системи за управление;

- брой и вид на източниците на захранване;

- брой на вторичните секции и начини за тяхното работно и резервно захранване;

- брой, мощност и териториално разположение на техническите средства.

Видове управляващи сигнали и команди

Koмандваните съоръжения се разделят на две групи: комутационни електрически апарати, чрез които се управляват основните електроенергийни съоръжения, машинните агрегати за собствени нужди и спираща апаратура и регулиращи устройства - регулатори. Командването в електрическите централи и подстанции бива ръчно и автоматично. Ръчното командване се извършва от операторите, а автоматичното - от специални автоматични устройства и системи.

За целите на дистанционното управление се използват различни методи за въздействие и контрол от разстояние, които могат да бъдат механични; електрически; радио; ултразвук; инфрачервени лъчи. Основните команди са комутационни; регулиращи; защитни; блокировъчни и сигнални.

Подаване на управляващи сигнали

Управляващите сигнали са функционално-технологична основа за действие на системата за управление. За заработване на приемника е необходимо към него да се приложи достатъчно по стойност и продължителност управляващо напрежение. Практиката е показала, че надеждността на системата за управление се повишава при включване на източника между положителния полюс и приемника, на който другият край е свързан с отрицателния полюс. Когато не се спазва това условие, приемникът може да не заработва правилно или да блокира при земно съединение. Съгласно условието за подаване на управляващи сигнали всички командни органи са свързани към положителния полюс, а изпълнителните органи - към отрицателния полюс.

Електрическите части на задвижванията са изчислени за кратковременно протичане на ток през тях. Продължителните команди могат да ги повредят. С този принцип се осигурява еднозначност на подаваните команди. За целта се подготвя само командната верига за следващата възможна операция с комутационния апарат и се предотвратява вероятността за едновременно подаване на две срещуположни, взаимно изключващи се команди.

Блок контактите от сигналните устройства на комутационните апарати се регулират, така че да прекъснат командните вериги след изпълнение на командата. Също така има необходимост да се прекъсват автоматично продължителните команди след завършване на операциите. Това се прави с цел да не нагарят контактите на командните органи при изключване на вериги с голяма индуктивност. Всеки подаван сигнал преминава през следните етапи: формиране от източник, предаване чрез електрическа верига на междинни устройства и приемане от приемник.

Източниците за формиране на управляващи сигнали биват два вида: ръчни и автоматични. Към ръчните спадат командни ключове, бутони и др. За изпълнение на първия принцип се оформят две независими вериги на командните електромагнити - за включване и за изключване. В електрически централи и подстанции широко приложение намират т. нар. командно-квитиращи ключове, които имат четири фиксирани и две моментни положения. Всяка една операция с даден комутационен апарат се извършва чрез две ръчни и една автоматична манипулация с ключа: подготовка (ключът ръчно се привежда предварително в желаното положение за съответния прекъсвач); командване (подава се ръчна команда към изпълнителния орган на прекъсвача); квитиране (ключът автоматично се връща във фиксирано положение, заето от прекъсвача).

Към автоматичните спадат измервателни трансформатори, защитни релета и автоматика и сигнални устройства на комутационните апарати, електронна апаратура и др.

Междинните устройства служат за предаване на управляващи сигнали според отделните функционално-технологични условия за действие на подсистемите за управление. Тук спадат различните релета, магнитните пускатели и други, които изпълняват следните функции: усилване на управляващите сигнали за мощни приемници, размножаване на контактите на източниците, когато един източник действа на няколко приемника и създаване на временни характеристики чрез преобразуване на управляващите сигнали, така че вярно да се възприемат от приемника. Приемници се явяват електрическите задвижвания на комутационните и регулиращите съоръжения, измервателните и сигналните апарати и др. Те заработват от управляващите сигнали и извършват определени действия: операции с комутационните апарати, показване на информацията от измервателните апарати, подаване на сигнали от сигналните апарати и т.н.

Управляващите сигнали се класифицират по следния начин: според броя на източниците и приемниците на даден сигнал - еднообектни (когато на всеки сигнал отговаря по един източник и приемник) и многообектни (когато един сигнал се формира от един източник за няколко приемника и обратното - даден сигнал се подава от няколко източника за един приемник); според метода на снемане на сигнала: с ръчно снемане и с автоматично снемане; в зависимост от наличието на междинни приемници: преки и косвени; според времето на предаване: със или без времезакъснение; съгласно времетраенето на действие върху приемника: кратковременни, продължителни, ограничено продължителни, пулсиращи; според начина на подаване на многообектните сигнали: едновременни и последователни.

Блокиране на управляващи сигнали

В системите за управление на електрическите централи и подстанции се налага да се блокират подаваните управляващи сигнали при неизпълнени определени функционални, технологични, технически и експлоатационни условия и изисквания. За целта във вторичните схеми се предвиждат блокиращи оперативни вериги, в които се свързват специални технически средства за блокиране на подаваните управляващи сигнали на принципа на съответствие и несъответствие. Блокировката на принципа на съответствие не подава управляващ сигнал към приемника, когато източникът и изпълняващото устройство се намират в еднакво положение (принцип на съответствие команда-изпълнение). Тази защитно-блокираща система предпазва техническите съоръжения и персонала в електрическите централи и подстанции при нормални и аварийни режими. Също така тя предпазва и от погрешни операции от страна на персонала. Състои от две съставни части: защити и блокировки. За безопасност, надеждност и икономичност в електрическите централи и подстанции се предвиждат многобройни и разнообразни блокировки между взаимосвързаните технически съоръжения в технологичния процес. Логиката на блокировките зависи от технологичните схеми и режими и от конструкциите на съоръженията. Блокировките, работещи в електрическите комплекси в системите за дистанционен контрол на електрически и електромеханични устройства и системи традиционно, се разделят на автоматични (работа без намеса на човек, в зависимост от алгоритъма сами взимат решение) и автоматично (работа с човек, който само контролира работа им). Разделянето тук е условно.

Блокировка на прекъсвачи с разединители

Според първичните схеми и номиналните напрежения на разпределителното устройство се предвиждат необходимите блокировки. Известно е, че при погрешно изключване или включване на разединители под товар възниква открита електрическа дъга. Тази дъга се разтяга под действието на електродинамичните сили и предизвиква междуфазно късо съединение. Последиците са ясни - авария в разпределителното устройство. С цел да се предотврати подобна погрешна манипулация (изключване на разединител под товар) от оператор или управляващо устройство, в разпределителното устройство се предвижда специална блокировка. Нормално тя действа, като забранява манипулация с разединител при включен прекъсвач.

Сигнализация

Източници на кратковременни или продължителни управляващи сигнали са блок контактите от сигналните устройства на прекъсвачите, а приемници - електрическите сирени. Обикновено приемниците използват косвени продължителни сигнали, които се преобразуват чрез междинни релейни устройства. Общото устройство преобразува подаваните сигнали в продължителни и независимо от сигналите в индивидуалните вериги. Аварийната сигнализация на прекъсвачите е обща звукова и има дискретно действие. Звуковият сигнал привлича вниманието на оператора, който открива изключения прекъсвач по индивидуалната показваща сигнализация за положение. В електрическите централи и подстанции се изисква аварийната сигнализация да действа само при аварийно (автоматично) изключване на прекъсвачите. Продължителното действие на звуковия сигнал след неговото възприемане е нежелателно. Той смущава работата на персонала, който трябва да взима бързи и правилни решения. Затова е необходимо да се спре централно звуковият сигнал с готовност за неговото действие, като се запази индивидуалната показваща сигнализация за положението до ликвидиране на последствията от аварийното изключване на прекъсвачите. На тези изисквания най-добре отговаря схемата с централно спиране на звуковия сигнал, което се осъществява ръчно чрез бутон за спиране или автоматично с реле за време. В практиката предимно се използва ръчно спиране на звука.

Автоматичното включване на прекъсвачите не води до заработване на аварийната сигнализация, тъй като то е предшествано от автоматично изключване на същите или на други прекъсвачи.

Всяка аварийна звукова сигнализация се състои от две части: индивидуални пускови вериги на прекъсвачите и общо устройство за получаване на звуков сигнал.

Връзката между двете части се осъществява чрез специална шина за аварийна звукова сигнализация (ШАС). За подаване на общ авариен звуков сигнал се използва електрическа сирена, която представлява основен елемент на общото устройство и се монтира на сигналното табло. Индивидуалните вериги се изграждат на принципа на несъответствие между командния ключ и прекъсвача. За целта се свързват последователно авариен и при необходимост сигнален контакт на командно-квитиращия ключ, чиито вериги са затворени едновременно само в положение "включено". Аварийният контакт блокира схемата при подаване на оперативни команди за включване и изключване с ключа, а сигналния ключ - при автоматично включване на прекъсвача.

Статията продължава в следващ брой на списанието.


Top