Skuteczna modernizacja transformatorów mocy na przykładzie Centrax CU3000 / CU5000
Energie odnawialne i rozproszone źródła energii odzwierciedlają wiek transformacji energetycznej. Smart Grid z optymalnym rozkładem obciążenia jest w zasięgu ręki. Co jednak dzieje się z istniejącymi podstacjami w sieciach dystrybucyjnych? Czy będą one w stanie sprostać wymaganiom, skoro coraz częściej pojawiają się obawy o jakość energii? Co stanie się ze starszymi systemami, które obecnie nadal działają ręcznie lub półautomatycznie? Co należy zrobić z sieciami dystrybucyjnymi z transformatorami mocy, które są oparte na różnych technologiach?
Koncepcja techniczna:
W ramach zadania pomiarowego do pomiaru 3-fazowego obciążenia wtórnego transformatora stacji średniego napięcia stosuje się dokładne urządzenie pomiarowe o klasie dokładności 0,2. Wartości pomiarowe przekazywane są przez konwerter do urządzenia pomiarowego i przetwarzane algorytmicznie. Następnie są one wyświetlane i opcjonalnie przekazane do systemu kontroli (SCADA). Równolegle do zadania pomiarowego, pozycja przełącznika zaczepów jest rejestrowana bezpośrednio przez zintegrowany sterownik PLC za pomocą protokołu IEC61131. Za pomocą poleceń z nadrzędnego układu sterowania, wyjścia zintegrowanego sterownika PLC stają się aktywne i sterują zwiększaniem lub zmniejszaniem napięcia wtórnego transformatora. Silnik przełącznika zaczepów zaczyna się obracać, zmieniając tym samym poziom napięcia, co z kolei jest monitorowane zarówno przez wykrywanie pozycji, jak i bezpośrednie wykrywanie obciążenia. Koncepcja 2 w 1, łącząca w sobie bardzo dokładne urządzenie pomiarowe ze zintegrowanym sterownikiem PLC, umożliwia redukcję kosztów i pozwala na optymalną realizację zadania automatyzacji.
Przełączniki zaczepów transformatorów mocy
Przykład odnosi się do dwóch typów przełączników. Rozróżnia się typ przełącznika, który przełącza się bez obciążenia (NLTC – „No Load Tap Changer”) oraz typ przełącznika bez przerywania obciążenia, dzięki czemu przełącza się on tam i z powrotem pomiędzy różnymi przełożeniami w czasie gdy jest jeszcze pod obciążeniem (OLTC – „On Load Tap Changer”).
Zasadniczo zaczepy transformatora są kierowane do przełącznika zaczepów, w zależności od obsługiwanych prądów roboczych. W tym przykładzie połączenie mechaniczne zaczepów ze zmieniaczem zaczepów jest realizowane jako napęd obrotowy. Aktywuje się to ręcznie lub półautomatycznie albo za pomocą sygnałów elektrycznych. Stosowany jest 1 lub 3-fazowy przełącznik zaczepów transformatora, zwykle wybierany i instalowany w zależności od obciążenia lub konfiguracji przełącznika (gwiazda lub trójkąt).
Wymóg
W istniejących podstacjach instalacja może składać się z połączenia wielu różnych technologii, dostawców i modeli. Sieci były rozbudowywane przez lata i nie zawsze były modernizowane, kiedy były rozbudowywane. Często było to spowodowane kosztami i brakiem zasobów. W rezultacie początkowym wymaganiem może być odpowiednia automatyzacja przełącznika zaczepów, w zależności od wyższego poziomu zautomatyzowanej kontroli napięcia w sieci wysokiego napięcia.
Wymagania mogą być podobne do następującego przykładu:
- Przesyłanie dokładnych danych w quasi-czasie rzeczywistym, zgłaszając pozycję przełącznika zaczepów do systemu SCADA
- Automatyczne sterowanie istniejącym przełącznikiem zaczepów za pomocą zdalnego sterowania
- Ręczne sterowanie istniejącym przełącznikiem zaczepów za pomocą zdalnego sterowania
- Oprócz automatycznego dostępu zdalnego, możliwość dostępu ręcznego i lokalnego w przypadku konserwacji i naprawy
Opis problemu:
Z powodu częstych zmian obciążenia i stosunkowo wysokich naprężeń mechanicznych i elektrycznych wywieranych na podzespoły przełącznika zaczepów, podlega on zużyciu, co czyni go podatnym na awarie i wymaga intensywnej konserwacji. Ponadto w starszych systemach przełącznik zaczepów często nie jest jeszcze w pełni zautomatyzowany poprzez integrację systemu, innymi słowy nie jest bezpośrednio połączony w sieć za pośrednictwem SCADA. Szczyty obciążenia mogą powodować, że przełącznik zaczepów przełącza poziomy natychmiast, nawet jeśli nie jest to konieczne. To z kolei prowadzi do zwiększonego zużycia i ma negatywny wpływ na jego podatność na awarie zarówno z technicznego, jak i kosztowego punktu widzenia. Z tego powodu wydajne sterowanie przełącznikiem zaczepów jest niezbędne dla zapewnienia długiej żywotności.
Inny możliwy aspekt problemu braku automatyki sieciowej może wystąpić, gdy urządzenia w różnych podstacjach pochodzą od różnych producentów. Ze względu na różne konstrukcje sprzętu należy zastosować różne technologie czujników, aby przesłać dokładne położenie przełącznika zaczepów do systemu SCADA. Może to oznaczać, że rozwiązanie automatyzacji w każdej podstacji tej samej sieci nie będzie oparte na identycznych komponentach. Co więcej, w wielu przypadkach kompetencje techniczne w zakresie pożądanej automatyzacji nie są wystarczające do realizacji takiego projektu bez wsparcia.
Ostatni aspekt opisu problemu opiera się na fakcie, że podstacje często nie są podłączone do cyfrowej sieci komunikacyjnej. Z tego powodu zaleca się podzielenie sieci, a tym samym cyfryzację danych na etapy realizacji. Poniższe trzy etapy mogą służyć jako propozycja.
- Automatyka lokalna: przechowywanie danych za pomocą rejestratora danych w podstacji. Dane są następnie wyszukiwane na miejscu w razie potrzeby
- Zdalne monitorowanie: ukierunkowana transmisja przez Powerline, EDGE, GPRS itp.
- Zdalne sterowanie: zdalne monitorowanie i kontrola w oparciu o transmisję szerokopasmową przez LTE, światłowód itp
Technologia dostępna do modernizacji
W celu automatyzacji i cyfryzacji przełącznika zaczepów oraz biorąc pod uwagę wszystkie aspekty wcześniej opisanych wymagań i opis problemu, bardzo precyzyjne urządzenie pomiarowe o klasie dokładności 0.2 jest połączone z oprogramowaniem PLC.
To połączenie lub integracja w tym przypadku odbywa się za pomocą urządzenia CENTRAX CU3000 lub CENTRAX CU5000 2-w-1 od Camille Bauer, które działają jako podstawowa platforma dla rozwiązania automatyzacji energetycznej.
Urządzenie pomiarowe wykonuje pomiar parametrów elektrycznych, napięcia i zużycia prądu.
Dodatkowe pomiary i dane są również generowane przez urządzenie pomiarowe i wykorzystywane do oceny jakości parametrów elektrycznych, takich jak na przykład harmoniczne, asymetrie, współczynniki mocy itp. Wartości energii są również wizualizowane bezpośrednio. Wartości pomiarowe są albo zapisywane lokalnie (lokalna automatyzacja), albo bezpośrednio przesyłane do bazy danych lub systemu SCADA za pośrednictwem linii zasilającej (zdalne monitorowanie) lub Modbus (zdalne sterowanie).
W przypadku aplikacji do zdalnego monitorowania i zdalnego sterowania system jest zawsze aktualizowany o wartości napięcia i prądu w quasi-czasie rzeczywistym.
Aby wdrożyć dostęp do konserwacji opisany wcześniej w wymaganiach, przełącznik zaczepów jest kontrolowany przez oprogramowanie PLC zaimplementowane w CENTRAX CU3000 lub CENTRAX CU5000.
Wymagane wyzwolenie jest generowane ręcznie lub przez System SCADA oparty na wartościach elektrycznych zwracanych przez urządzenie pomiarowe CENTRAX CU3000 / 5000. Aktywuje to przełącznik zaczepów, powodując zwiększenie lub zmniejszenie napięcia. Położenie przełącznika zaczepów należy traktować w kontekście wartości pomiarowej, aby zapobiec zakłóceniom lub błędom przełączania. Ta kontrola wiarygodności (pętla sterowania) jest realizowana przez sprawdzanie mechanicznej pozycji przełącznika zaczepów.
Ze względu na różnice w konstrukcji różnych przełączników zaczepów pod obciążeniem wartości są próbkowane z sygnałów osiowych, wartości rezystancji, sygnałów kodowanych BCD lub stosunku między napięciem pierwotnym Up a napięciem wtórnym Us, które jest następnie porównywane z wartościami w tabeli przełącznika zaczepów.
Dzięki podejściu 2 w 1 widoczne są zalety z punktu widzenia kosztów i korzyści. Integracja bardzo precyzyjnego przyrządu pomiarowego i oprogramowania PLC w jednej obudowie oznacza, że sam koszt elementu jest zredukowany o 50%. Procesy skupiające się na zaopatrzeniu i logistyce są zoptymalizowane, a komponenty, które nie są bezpośrednio kompatybilne są eliminowane w tym samym czasie. Ponadto integracja funkcjonalna ma natychmiastowy pozytywny wpływ na koszty planowania i wdrażania, zarówno pod względem finansowym, jak i czasowym. Długość okresu użytkowania i odtwarzalność wszystkich używanych komponentów ma pozytywny wpływ na ogólny wynik. Sterowanie lokalne przełącznika zaczepów przyjmuje odpowiedni status sieci komunikacyjnej, w której każda zmiana zaczepu jest rejestrowana za pomocą znacznika czasu. W ten sposób powstają wiarygodne dane, które są również rejestrowane w celu umożliwienia prewencyjnej, a także zoptymalizowanej kosztowo konserwacji.
