Как да осигурим стабилна работа на подстанция?

Стратегическо планиране и проектиране на подстанции за дългосрочна стабилност

Инженерно проектиране, съобразено с търсенето на мощност и прогнозите за бъдещ растеж

Добрият дизайн на подстанция всъщност започва с разбирането колко електроенергия се нуждаят различните райони с течение на времето. Според доклада на Администрацията за енергийна информация от миналата година, търсенето на комерсиална електроенергия нараства с около 4,7 процента всяка година. Днешните проектиращи използват сложни математически модели, наречени стохастична оптимизация, за да определят какви са текущите ни нужди в сравнение с тези, които може да възникнат след две десетилетия. Те трябва да се справят с множество неизвестни фактори, като например кога слънчевите панели ще станат по-разпространени или колко електрически автомобили хората ще започнат да използват. Някои изследвания, публикувани в списание Renewable and Sustainable Energy Reviews през 2024 г., установиха, че използването на тези многопериодни модели може да намали разходите за допълнителна инфраструктура с около 18 до 22 процента, без да се компрометира надеждността на системата, която остава над 99,97 процента през по-голямата част от времето. Това има реално значение както за бюджетирането, така и за дългосрочното планиране на енергийните компании.

Внедряване на мащабируеми технологии за осигуряване на бъдеща съвместимост на инфраструктурата на подстанциите

Напредничави енергийни компании разполагат модулни технологии чрез поетапна стратегия за внедряване:

Този структуриран подход подпомага дългосрочната съвместимост с екосистемите на умни мрежи и съответства на водещите в индустрията пътни карти за автоматизация.

Оптимално физическо разположение: Разстояние, височина на проводниците и безопасни пътища за достъп

Съвременните разположения на подстанции включват подобрени стандарти за разстояния, осигуряващи устойчивост при екстремно време:

• Вертикално разстояние между проводниците : Базово 8,5 м, плюс буфер от 1,2 м в зони, склонни към образуване на лед
• Коридори за достъп до оборудването : Минимална ширина 3 м, за да се осигури достъп при авариен случай за ЕП (електромобили)
• Защита от наводнения : Фундаментът е издигнат на 0,6 м над нивото на стогодишно наводнение

Топлинното заснемане потвърждава, че тези спецификации намаляват прекъсванията, свързани с времето, с 41%, като осигуряват съответствие с изискванията за безопасност по NEC 130.5(C). Проактивните екипи провеждат двугодишни проучвания с LiDAR, за да проверят пространствената цялост, докато околната инфраструктура се променя.

Протоколи за редовни проверки и превантивно поддържане

Визуални и термографски инспекции за ранно откриване на повреди

Когато комбинираме редовни визуални проверки с инфрачервени топлинни инспекции, откриваме проблеми много по-рано в сравнение с всеки от двата метода поотделно. През дневните часове техниците могат да забележат очевидни проблеми като повредени изолатори или признаци на корозия. В нощните часове обаче топлинните сканирания стават наистина ценни, защото показват горещи точки в уреди, които все още са под напрежение. Според данни от ClickMaint от 2023 г., компаниите, които извършват термография на всеки три месеца, откриват проблеми с електрическите връзки около 40 процента по-бързо в сравнение с тези, които разчитат само на визуална проверка. Вземете за пример случилото се миналата година в една конкретна 138 kV трансформаторна станция. Открили лошо затегнат клемен блок, при който температурата била с 25 градуса по Целзий по-висока от нормалната — нещо, което никой не би забелязал с просто око, но термографията веднага го е засякла, предотвратявайки това, което можеше да бъде сериозен отказ.

Планирано почистване и поддръжка на компоненти за предотвратяване на прегряване и повреди

Добрите графици за поддръжка трябва да вземат предвид местните условия при планирането на графиките. Например, енергийни компании по крайбрежията често почистват изолаторите веднъж годишно, за да предотвратят проблеми, причинени от натрупване на сол. В сухи райони с много прах техниците обикновено почистват въздушно охлажданите трансформатори всеки месец. Когато става въпрос за разединители, смазването им преди появата на проблеми може според индустриални доклади да удвои или дори утрои тяхното работно време, в сравнение с поправката само след повреда. Електроразпределителна компания в Средния запад постигна също доста впечатляващи резултати. Те подобриха надеждността на системата с почти 90 процента, след като започнаха регулярни полу-годишни проверки на въртящия момент, провеждане на диелектрични тестове на всеки пет години за изолаторите и преминаване към специални разтворители с Bushnell клас за полимерните предпазни арестири.

Наблюдение на тенденциите в декомпозицията чрез последователни протоколи от инспекции

Анализът на дългосрочните данни от инспекции помага на компаниите да планират поддръжката преди да възникнат проблеми. Някои инженери, работещи за енергийна компания в Североизточна част на САЩ, прегледаха своите протоколи от обходи отпреди над десет години и забелязаха нещо интересно относно маслонапълнените прекъсвачи. Тези уреди започват да натрупват откриваеми нива на газ около дванадесетата година от експлоатацията, което означава, че техниците могат да извършват специални тестове, наречени Анализ на разтворени газове, много по-рано от обичайното време на повреда – може би дори на осемнадесет месеца напред. Съвременните компютърни системи за управление на поддръжката сега свързват износването на оборудването с околната среда. Вземете за пример кооперация в Тексас – те намалиха замяната на мълниеприемници с около една четвърт, просто защото започнаха да планират ремонти според моментите, в които бурите действително засягат тяхната област, вместо да следват общи графици.

Комплексно тестване на критично подстанционно оборудване

Тестване на трансформатори за регулиране на напрежението и експлоатационна цялостност

Редовните проверки на трансформаторите могат да предотвратят сериозни повреди, преди те да се появят. Анализът на разтворени газове помага да се открият проблеми вътре в уредбата, а тестът на коефициент на трансформация гарантира, че намотките са непокътнати. Когато съпротивлението на изолацията остава над 1000 мегаома, според Доклада за електрически системи от миналата година, трансформаторът би трябвало да издържи високи натоварвания без проблеми. Прегледът на данни от Националния доклад за електрическа безопасност, публикуван през 2023 г., показва още нещо интересно: обектите, които редовно извършват диагностични процедури, имат приблизително 40 процента по-малко непланирани прекъсвания в сравнение с тези, които не ги поддържат редовно.

Проверка на производителността на прекъсвачите: способност за прекъсване и съпротивление на контактите

Преди прекъсвачите да бъдат пуснати в експлоатация, те трябва да преминат както механични проверки, така и електрически изпитвания, за да могат надеждно да спират повреди, когато е необходимо. Изпитванията на времето основно проверяват дали контактите се разделят достатъчно бързо при аварийна ситуация, като обикновено се търсят времена за разделяне между около 30 и 50 милисекунди. Друго важно изпитване измерва пада на миливолтове в различни точки на системата, за да се открият места с високо съпротивление, които пречат на тока. При провеждане на изпитвания под товар техници често използват термографско оборудване, за да откриват досадните горещи точки, причинени от лоши съединения. Оказва се, че тези проблеми със съединенията са отговорни за около една четвърт от всички повреди на прекъсвачи, според последно проучване, публикувано в Energy Infrastructure Journal миналата година.

Приемане и периодично съответствие с прогнозиране на живота на базата на данни

Когато ново оборудване влезе в експлоатация, то преминава валидация съгласно стандарта IEEE C37.09. Това включва проверка дали може да издържи на нива на захранване с промишлена честота и тестване за наличие на частични разряди. В момента при по-стари активи, които са били използвани известно време, забелязваме все повече компании да използват предиктивни модели. Тези модели анализират минали данни от инспекции и се опитват да предскажат кога изолацията може да започне да се разрушава. Някои електроцентрали постигат доста добри резултати, като комбинират тенденции от анализа на разтворени газове (DGA) с информация за това колко често трансформаторите се задействат и изключват. Според публикация в „Transmission & Distribution World“ от миналата година, този подход е допринесъл за удължаване живота на трансформаторите с още между 8 и 12 години. От финансова гледна точка, компаниите спестяват около 180 000 щатски долара на единица трансформатор в дългосрочен план, вместо да ги заменят толкова често.

Системи за защита и управление на повреди в подстанции

Устройства за защита: Предпазители, мълниезащити и заземяване

Електрическите подстанции използват множество нива на защита срещу електрически повреди. Когато възникне проблем, предпазителите реагират почти мигновено, прекъсвайки опасните токове, преди да причинят сериозни щети. При рязкото увеличение на напрежението по време на гръмотевични бури или при включване и изключване на оборудване, мълниезащитите отклоняват излишната енергия. Системите за заземяване допринасят за стабилността на напрежението и осигуряват безопасно насочване на енергията при повреда към земята. Според проучване, публикувано миналата година в Grid Resiliency Study, наличието на тези резервни системи за защита може да съкрати продължителността на прекъсванията на тока с около две трети. Това се дължи на факта, че системата предотвратява малките проблеми да се превърнат в масови прекъсвания в цели региони.

Координация на релетата за изолиране на повреди при запазване на стабилността на мрежата

Защитните реле следят нива на ток, промени в напрежението и отклонения в честотата, за да могат да откриват проблеми в системата. Когато се появи неизправност, тези реле действат по веригова реакция, като осигуряват прекъсване само на най-близкото нагоре по веригата устройство, докато поддържат тока в останалата част на мрежата. Вземете трансформаторите като пример. Ако възникне проблем с определен трансформатор, ще реагира точно неговото собствено реле, вместо да се изключи цялата линия. Но за да работи правилно, е необходимо прецизно настройване с правилно калибрирани време-токови характеристики. Техниците трябва да ги проверяват регулярно, защото мрежите се променят с времето – добавят се нови устройства или се заменят стари.

Балансиране на автоматичната защита с готовност за ръчно прекъсване

Въпреки че автоматизацията осигурява бързи отговори, все още има ситуации, при които някой трябва да поеме ръчно управлението, особено при сложни обстоятелства като обратен пренос на енергия след големи бури или когато възстановяването на електрозахранването става поетапно. Точно тук се оказват изключително полезни хората, които добре познават стандарти NERC, защото понякога здравият разум надделява над това, което системата смята, че трябва да направи. Операторите, управляващи тези процеси, също получават редовна практика. Те провеждат симулации на различни аварийни ситуации в електрическата мрежа, например при повреда на шини или сваляне на трансформатори. Тези упражнения поддържат всички във форма, така че да не реагират с колебание, когато в действителност възникне сериозен проблем с електрическата мрежа.

Реално време за наблюдение и управление чрез SCADA и IoT системи

Съвременните трансформаторни станции разчитат на интегрирани системи за надзорно управление и събиране на данни (SCADA) и IoT мрежи за непрекъснат контрол на експлоатацията. Тези системи осигуряват реалновременна видимост за температурите на трансформаторите, състоянието на прекъсвачите и колебанията на напрежението, което позволява дистанционни интервенции за предотвратяване на каскадни повреди.

Интеграция на SCADA и IoT за непрекъснато наблюдение на производителността на трансформаторните станции

IoT крайни устройства – като сензори за температура, инфрачервени камери и анализатори за качеството на електроенергията – предават данни в реално време към централизирани SCADA платформи, използвайки стандартизирани протоколи като IEC 61850. Проучвания в областта на индустриалната свързаност показват, че тази интеграция намалява времето за откриване на повреди с 34% в сравнение с традиционните методи за наблюдение.

Дистанционна диагностика и предиктивна аналитика за превантивно отстраняване на проблеми

Съвременни аналитични платформи обработват в реално време данни от IoT и исторически данни за производителността, за да предсказват деградация на оборудване. Модели за машинно обучение, обучени върху повече от 120 000 случая на повреди в подстанции, могат да прогнозират пробив в трансформаторната изолация с точност от 92% шест до осем месеца напред (Доклад за надеждността на мрежата 2024), което позволява планирането на замяна по време на периоди с ниско търсене.

Ефективно управление на аларми и регистрация на събития за бърз отклик при аномалии

SCADA системите приоритизират алармите чрез матрици, базирани на степента на сериозност, като разграничават критични събития — като повреди на грозозащити — от рутинни уведомления. Автоматизираното регистриране на събития записва времеви маркери, състояния на устройствата и околните условия по време на аномалии, което позволява на инженерите да възстановят последователността на повредите 67% по-бързо в сравнение с ръчни методи.

Често задавани въпроси

Какъв е очакваният ръст на търсенето на търговска електроенергия?

Търсенето на търговска електрическа енергия се очаква да нарасне с приблизително 4,7 процента годишно според доклада на Администрацията за енергийна информация.

Защо модулните технологии са важни за устойчивата към бъдещето инфраструктура на подстанциите?

Модулните технологии позволяват на доставчиците да внедряват мащабируеми решения чрез поетапно прилагане, което отговаря на екосистемите на умните мрежи и пътните карти за автоматизация, осигурявайки дългосрочна съвместимост.

Какви ползи предлагат редовните проверки и графиките за поддръжка?

Редовните проверки и поддържане помагат за ранното откриване на повреди и значително намаляват прекъсванията поради атмосферни условия, осигурявайки спазване на стандарти за безопасност и подобряване на общата надеждност на системата.

Как интегрираните SCADA и IoT системи подобряват наблюдението?

SCADA и IoT системите осигуряват оперативен надзор в реално време, което позволява бърз отклик при аномалии и намалява времето за откриване на повреди с 34% в сравнение със старите системи.

Каква роля играят предиктивните аналитични инструменти при планирането на поддръжката?

Предиктивният анализ помага за прогнозиране на деградацията на оборудването, което позволява планиране на превантивно поддържане, удължавайки по този начин живота на оборудването и намалявайки разходите за подмяна.