SCADA Pentru Statii Electrice

Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti

FACULTATEA DE ENERGETICĂ SpecializareaInformatică Industrială

PROIECT DE DIPLOMĂ ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

Autor: Autor: Ene Dumitru Dumitru Valentin Valentin

Cadru didactic îndrumător: Pr. Dr. Ing. Gheorghe Comănescu

Comisia pentru examenul de diplomă:

Promoţia iulie 2013

ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE

Cuprins 1.CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA INSTALAŢIILOR ELECTRICE ALE STAŢIILOR TRANSFORMARE…………………………………...........................4 ……………...........................4 ŞI POSTURILOR DE TRANSFORMARE…………………… 1.1 Noţiuni introductive introductive de teorie ale staţiilor ş i posturilor de transformare…………....……4 1.2 Scopul lucrării……………………..…………………………… rii……………………..…………………………….……………………….5 .……………………….5 1.3 Principalele Principalele echipamente echipamente dintrdintr-o staţie de înaltă tensiune…………….…………………..5 2.STUDIUL PRIVIND SCHEMA DE CONEXIUNE A STAŢIEI DE TRANSFORMARE 220/110 KV………………………… KV…………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………….9 …….9 2.1Definiţie….……………………………………………………………………………….9 2.2 Clasificarea schemelor electrice……………………………… electrice……………………………………………...…………9 ……………...…………9 2.3 Principalele scheme electrice de conexiuni folosite…………………………………....10 folosite…………………………………....10 2.3.1. 2.3.1. Scheme Scheme cu un sistem de bare colectoare şi un î ntreruptor pe circuit………..10 2.3.2. Schema cu un sistem sistem de bare colectoare colectoare cu secţionare longitudinală …………11 2.3.3. 2.3.3. Scheme Scheme cu un sistem de bare colectoare ş i cu ocolire……………………...13 2.3.4. Scheme cu bare colectoare secţionate longitudinal ş i cu ocolire……........15 2.3.5. Schema cu două sisteme de bare colectoare şi un întreruptor pe circuit…16 2.3.6. Schema cu două bare colectoare şi cu secţionare longitudinală…..….……17 2.3.7. Schema cu două bare colectoare şi cu ocolire………………………..… ocolire………………………..……18 …18 2.3.8. Schema cu 2 BC şi N+1 înteruptoare folosite în comun de N circuite.…..20 2.3.9. Scheme poligonale…………………………… poligonale………………………………………………..………...22 …………………..………...22 3. CALCULUL CURENŢILOR DE SCURTCIRCUIT. SOLUŢII CONSTRUCTIVE A STAŢIILOR DE 110 KV ŞI 220 KV....................................................................................24

3.1 Definiţia curentului de scurtcircuit........................................................................24 3.2 Cauzele principale apariţiei scurtcircuitelor............................................................24 3.3 Calculul curenţilor de scurtcircuit(teorie)...............................................................25 3.4 Calculul curenţilor de scurtcircuit pentru staţia de 220 /110 kV(studio de caz)……........26

3.5 Aplicaţie: Calculul curenţ ilor de scurtcircuit..........................................................29

2


3.6 Soluţii constructive pentru staţii electrice de distribuţie de înaltă şi foarte înaltă tensiune..........................................................................................................................32 4.ARHITECTURI SCADA PENTRU STAŢII ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE (STUDIU DOCUMENTAR)………………… DOCUMENTAR)…………………………………………… ………………………………………………...38 ……………………...38 4.1 4.1 SCAD SCADA A (generalităţi)…………………………………………………………………..38 4.2 Sarcinile sistemelor sistemelor SCADA……………………………………… SCADA……………………………………………………………40 ……………………40 4.3 MODBUS…………………… MODBUS………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………..42 ..42 4.4 Sisteme MicroSCADA…………………… MicroSCADA……………………………………………… …………………………………………….43 ………………….43

4.5 Arhitectura sistemului SCADA pentru conducerea reţelelor electrice………………..45 4.5.1. Aspecte generale…………………………… generale……………………………….………………………… ….……………………………45 …45 4.5.2. Reţele de transmisii de date în cadrul sistemelor SCADA.............................46 4.5.3. Particularităţile sistemelor SCADA utilizate în sisteme electroenergetice.....46

4.5.4. Sisteme SCADA pentru conducerea staţiilor electrice..............................48

5. CONCLUZIE.................................................................................................................51 Bibliogafie......................................................................................................................52

3


1.

CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA INSTALAŢIILOR I NSTALAŢIILOR ELECTRICE ALE STAŢIILOR ŞI POSTURILOR DE TRANSFORMARE

1.1Noţiuni introductive de teorie ale staţiilor şi posturilor de transformare ie,sistem temul ul energe energetic tic cup cuprin rinde de ansamb ansamblul lul instalaţiilor care servesc la Prin definiţ ie,sis producerea de energie electrică într -o formă utilizabilă. Toate elementele unui sistem energetic sunt caracterizate printr-un proces coordonat de producere, transport, distribuţie distribuţie şi consum de energie electrică sau termi termică. că. Sistemul electroenergetic este un ansamblu de centrale, staţii, posturi de transformare şi receptoare de energie electrică, conectate între ele prin liniile unei reţele electrice. Sistemul electroenergetic reprezintă partea electrică a sistemului energetic şi cuprinde instalaţiile de producere a energiei electrice (generatoarele), instalaţiile de transformare a acesteia de la o tensiune la alta (staţii şi posturi de transformare), instalaţiile de transport şi distribuţie a energiei electrice (reţele de înaltă, medie şi joasătensiune)şi instalaţiile de utilizare a acesteia. Ansamblul unitar de conductoare, aparate de transformare şi conectare, maşini, diferite instalaţii auxiliare şi construcţiile aferente, destinate producerii, transformării, distribuirii sau utilizării energiei electrice constituie instalaţii electrice. Instalaţiile electrice includ staţiile electrice, precum şi instalaţiile electrice de evacuare a puterii produse produse de generatoare.

Staţiile electrice sunt noduri în SEN care cuprind mai ales extremităţile liniilor electrice, legături conductoare, aparataj electric, clădiri şi eventual, (auto)transformatoare de forţă . În principal, staţiile staţiile electrice pot realiza funcţii de: de: •

•

•

transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificată tensiunea (staţii ridicătoare sau coborâtoare), fiind deci posibilă interconectarea mai multor reţele de diferite tensiuni; conexiune: conţin legături conductoare şi aparataj electric cu tensiunea nominală mai mare de 1 kV şi sunt destinate primirii şi distribuirii energii electrice, la aceeaşi tensiune şi frecvenţă; staţiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentării unor posturi de transformare constituie puncte de alimentare; conversie: conversie: prin intermediul intermediul converti convertizoarel zoarelor, or, curentul curentul alternati alternativv este este convertit convertit în în curent curent continuu sau invers.

Din totalul de peste 950 staţii de tensiune nominală 35 ... 750 kV existente în SEN, un a este de 750 kV, 26 sunt de 400 kV, 49 sunt de 220 220 kV, iar aproximativ 90% staţii sunt sunt de 110 kV.

4


O categorie foarte importantă a staţiilor de transformare o reprezintă posturile de transformare, în SEN fiind în funcţiune peste 65000 posturi de transformare, totalizând o putere instalată de peste 23000 MVA.[1] Energia electricăprodusă de centralele electrice sufer ămai ămai multe transformări aletensiunii pentru a putea fi transportatăcu pierderi cât mai mici la distanţe cât mai marişi apoiutilizată de consumatori. Transportul energiei electrice la distanţe marişi foarte mari (deordinul zecilor respectiv sutelor de kilometri) trebuie deci f ăcut ăcut pe linii linii electrice de înaltă şifoarte înaltă tensiune (110, 220, 400, 750 kV). Transportul energiei electrice la distanţe relative mici (de ordinul kilometrilor sau cel mult câteva zeci de kilometri), se face face cu ajutorul liniilor de medie tensiune (6, 10, 20 kV) iar la distanţe foarte mici (de ordinul sutelor de metri), pelinii de joasătensiune (0,4 kV). Cu cât tensiune este mai mare cu atât curentul este mai micşica urmare pierderile (consumul propriu tehnologic, C.P.T.) pentru transportul energieielectrice, scad foarte mult deoarece sunt proporţionale cu pătratul curentului.Transformarea nivelurilor de tensiune (necesare transportului energiei electrice electrice cu pierderi cât mai mici cu ajutorul liniilor electrice), au loc în staţiileşi posturile detransformare, care sunt noduri ale sistemul ui electroenergeticşi electroenergeticşi la care sunt racordate liniileelectrice.

1.2Scopul lucrării

Scopul lucrării este moderniza izare re ,monitorizare ş i teleconduce teleconducere re a unei este de a oferi soluţii soluţii de modern staţii electrice de înaltă tensiune cu ajutorul arhitecturilor SCADA, în condiţiile unei investiţii financiare mici şi grad ridicat de informatizare/automatizare.

1.3 Principalele Principalele echipament echipamentee dintr-o staţie de înaltă tensiune

În staţiile de înaltă tensiune, principalele echipamente se clasifică astfel: •

Celulele electrice

Partea unei staţii care cuprinde ansamblul de echipamente, materiale, aparate electrice şi dispozitive amplasate într-un singur loc, care au un scop funcţional determinat pentru un anumit circuit, constituie o celulă electrică. • Barele colectoare Un sistem de bare colectoare reprezintă un nod de conexiuni electrice, extins în spaţiu pentru a se crea condiţiile constructive necesare racordării mai multor celule dintr -o staţie electrică. • Liniile electrice Liniile electrice reprezintă laturi în cadrul reţelelor electrice, prin care se realizează evacuarea puterii produse în centrale electrice, transportul sau distribuţia energiei electrice. • Circuite de linie de înaltă tensiune 5


Astfel de circuite realizează transportul/repartiţia între nodurile (staţiile) SEN , precum şi distribuţia energiei electrice către locurile de consum (distribuţie publică sau către abonaţi). În toate variantele de echipare prezentate în figura 1.1. apare separatorul faţă de barele colectoare (S b), având ca funcţie principală izolarea echipamentelor electrice din aval (în cazul efectuării unor lucrări de revizie/reparaţie) faţă de tensiunea barelor colectoare. • Separatoarele Separatorul este un aparat de comutaţie care, spre deosebire de întreruptor, nu este prevăzut cu dispozitiv de stingere a arcului electric. Cu separatorul sunt permise doar manevre de comutaţie sub curent neglijabil (0,5 A pentru separatoare cu tensiuni nominale de până la 400 kV inclusiv ). În general, pentru a se evita consecinţele deosebit de grave ale arcului electric care ar apărea în cazul unor manevre greşite, separatoarele electrice se prevăd cu diferite sisteme de blocaj. Variantele de echipare a, b se caracterizează prin faptul că protecţia circuitului în caz de scurtcircuit este realizată rapid şi cu investiţii relativ reduse utilizând siguranţe fuzibile. . În varianta a, separatorul S b permite doar comutaţia liniei în gol. În varianta b, utilizarea separatorului de sarcină asigură comutaţia circuitului (eventual, prin telecomandă), adăugându -se în plus şi funcţia de separare (izolare). Sub aspect constructiv, cuţitele de legare la pământ se pot realiza ca un aparat independent sau pot fi asociate altui aparat (de exemplu, unui separator care, în afara cuţitelor sale principale, mai este prevăzut cu unul sau două cuţite de legare la pământ). În variantele de echipare c şi d , protecţia circuitului în caz de scurtcircuit sau suprasarcină este realizată mai scump, dar mai sigur, prin utilizarea unui întreruptor înasociere cu dispozitive de detectare (transformatoare sau alţi senzori de curent şi tensiune), de protecţie şi de control-comandă, precum şi de acţionare. În plus, întreruptorul asigură comutaţi a circuitului (conectare sau deconectare în regim normal de funcţionare).

         a

b

c

d

Fig. 1.1. Variante de echipare a liniilor de înaltă tensiune

Separatorul de linie (S L) permite efectuarea de lucrări la întreruptor fără scoaterea circuitului de linie de sub tensiune. 6


Putem observa, din figura de mai sus că , prin manevrarea aparatelor de comutaţie şi separare la un astfel de circuit, nu trebuie ca separatorul să fie manevrat în sarcină pentru că se va distruge şi va avaria toată instalaţia . Drept urmare, manevrarea separatoarelor S b şi SL se va face numai cu întreruptorul deschis. În ceea ce priveşte manevrarea cuţitului de legare la pământ (CLP) , aceasta se va face numai cu cuţitul separatorului principal ( pe care se află montat CLP -ul) deschis şi numai după verificarea lipsei tensiunii în zona pe care o va lega la pământ CLP -ul. În varianta d cele două CLP-uri aflate de-o parte şi de alta a întreruptorului au rolul de a lega la pământ zona de lucru unde se află întreruptorul realizată prin deschiderea separatorului de bare S b şi a separatorului de linie S L. Este o situaţie specifică staţi ilor cu tensiuni mari (220 – 400 kV). • (Auto)Transfomatorul În staţiile electrice de transformare se instalează transformatoare şi autotransformatoare de putere care permit interconectarea mai multor reţele de tensiuni diferite. În figura 1.2.sunt prezentate variante de echipare a unor circuite de (auto)transformator cu două sau trei înfăşurări, având toate înfăşurările cu tensiunea nominală peste 1 kV.

U1

U1

U3

U2

U2 a

b

Fig. 1.2. Variante de echipare a circuitelor de (auto)transformator a - transformatoare cu două înfăşurări şi autotransformatoare cu terţiar nefolosit; b - transformatoare cu trei înfăşurări, TID, autotransformatoare cu terţiar folosit

Protecţia circuitelor de (auto)transformator în caz de scurtcircuit sau suprasarcină se realizează cu ajutorul întreruptoarelor înasociere cu dispozitive de detectare (transformatoare de măsurare sau alţi senzori de curent şi tensiune), de protecţie şi de control -comandă, precum şi de 7


acţionare. În plus, întreruptoarele asigură comutaţia circuitului (cuplarea/decuplarea în regim normal de funcţionare). Pentru a se putea lucra la întreruptoare cu menţinerea continuităţii în alimentare a celorlalte circuite racordate la aceleaşi sisteme de bare colectoare, în schemă se introduc separatoarele faţă de bare (S b). În varianta b, separatorul faţă de transformator ( S t ) permite efectuarea de lucrări la un întreruptor cu menţinerea tranzitului de energie pe celelalte înfăşurări ale transformatorului. Montajul aparatajului electric în celulă se poate face în două moduri: - montajul fix prezintă avantajul unei realizări simple, fără aparate sau blocaje speciale, dar conduce la dimensiuni mai mari ale celulelor. -montajul debroşabil realizează, în primul rând, o importantă reducere a volumului celulelor, deoarece este eliminat spaţiul din interiorul acestora destinat montajului sau reviziilor. Se reduce, de asemenea, timpul de înlocuire a unor aparate defecte şi cel necesar reviziilor, prin folosirea unui cărucior/casetă de rezervă. Utilizarea sistemului debroşabil permite realizarea unei construcţii fără separatoare, ceea ce conduce la reducerea greşelilor de manevrare cu separatorul (în general, însoţite de arc electric liber) şi contribuie sensibil la compactarea celulei. Este favorizată, de asemenea, utilizarea elementelor prefabricate. Construcţiile debroşabile implică însă blocaje speciale pentru interzicerea deplasării căruciorului atunci când întreruptorul şi eventual separatoarele nu sunt în poziţie „deschis”.Sunt necesare, de asemenea, măsuri speciale de protecţie împotriva atingerii elementelor rămase sub tensiune după scoaterea căruciorului. În construcţia staţiilor moderne, tendinţa generală este de a utiliza echipamente prefabricate. Echipamentele prefabricate prezintă avantaje cunoscute de multă vreme cum ar fi de exemplu: reducerea investiţiilor în partea de construcţie a staţiilor, economie de timp şi manoperă la montaj, înlocuire rapidă etc. Fiind un tot unitar realizat la scară industrială, care se livrează complet pregătit şi încercat electric, celulele prefabricate beneficiază de un control de calitate care le garantează siguranţa şi securitatea în funcţionare. În plus, cerinţele mereu în creştere privind ameliorarea calităţii distribuţiei de energie electrică conduc spre descentralizarea automatizărilor şi dezvoltarea dispozitivelor de teleconducere, a căror realizare industrială permite creşterea sensibilă a fiabilităţii şi scăderea costurilor. Progresele din domeniul aparatajului electric, precum şi a echipamentelor de control -comandă, au condus la o reducere sensibilă a dimensiunilor celulelor prefabricate, la o diminuare a cheltuielilor de punere în funcţiune şi de exploa tare (soluţii care nu necesită practic întreţinere ), la creşterea duratei de viaţă a instalaţiilor, precum şi la o creştere a fiabilităţii sistemului pe ansamblu.

8


2. STUDIU PRIVIND SCHEMA DE CONEXIUNE A STAŢIEI DE TRANSFORMARE 220/110 KV 2.1 Definiţie

Schema reprezintăun desen care arată modul în care diferite părţi ale unei reţele, instalaţii ale unui aparat sau ale unui ansamblu de aparate sunt funcţional conectate între ele. 2.2 Clasificarea schemelor electrice :

După numărul de conductoare reprezentat pe desen:  scheme monofilare: indiferent de numărul de conductoare ale circuitului se reprezintă numai unul, celelalte fiind echipate identic;  scheme multifilare: dacă echiparea fazelor este diferită, se reprezintă toate conductoarele circuitului; Dupa scopul urmărit prin reprezentare:   scheme explicative ( principiale sau detaliate );  scheme de conexiuni, destinate realizării fizice şi verificării conexiunilor;  scheme sinoptice, reprezentând starea reală a aparatelor de comutaţie la un moment dat;  planuri de amplasare, care oferă indicaţii precise despre amplasarea părţilor unei instalaţii.  Din punct de vedere al funcţiei îndeplinite, circuitele electrice pot fi:  circuite primare: sunt circuite prin care se realizează tranzitul de energie de la surse către consumatori (de exemplu circuite de generator, transformator, linie electrică, cuplă etc.);  circuite secundare: sunt circuite care contribuie în diferite feluri la buna funcţionare a circuitelor primare (circuite de măsurare, protecţie, comandă, control, semnalizare etc.). Legătura între circuitele primare şi cele secundare se realizează prin intermediul transformatoarelor (senzorilor) de curent şi de tensiune. Circuitele primare ale staţiilor electrice sunt cele parcurse de energia electrică care circulă dinspre centralele electrice spre consumatori. În această categorie a circuitelor primare sunt incluse şi circuitele care nu sunt parcurse de fluxul principal de energie dar care sunt racordate în derivaţie la diverse circuite primare pe care le deservesc, cum sunt circuitele transformatoarelor de tensiune sau ale descărcătoarelor cu rezistenţă variabilă. 

Circuitele primare funcţionează obişnuit la tensiuni relativ ridicate şi sunt parcurse de curenţi mari în regim normal de funcţionare cu excepţia circuitelor legate în derivaţie şi în special în regim de scurtcircuit. Alegerea aparatelor electrice din circuitele primare ale staţiilor 9


electrice, se face comparându-se caracteristicile părţii din instalaţie unde urmează să fie montate cu caracteristicile de catalog.

Circuitele electrice secundare deservesc circuitele electrice primare şi se caracterizează prin faptul că nu sunt parcurse de fluxul principal de energie care circulă spre consumatori precum şi prin niveluri reduse ale tensiunii ( 230 V ) şi foarte reduse ale curentului (5 A sau 1 A). Circuitele secundare se împart în circuite de comandă şi circuite de control. Circuitele de comandă servesc la acţionarea voită ( de la faţa locului sau de la distanţă ) a diverselor mecanisme aparţinând aparatelor de comutaţie (întreruptoare, separatoare ) şi de reglaj. Circuitele de control sunt cele care deservesc instalaţiile de informare ( semnalizare, măsurare, înregistrări diverse ), blocaje ( pentru evitarea manevrelor greşite), sincronizare, protecţie prin relee şi automatizare.Serviciile proprii ale staţiilor electrice se împart în servicii de curent alternativ şi servicii de curent continuu.

2.3 Principalele scheme electrice de conexiuni folosite 2.3.1. Scheme cu un sistem de bare colectoare şi un î ntreruptor pe circuit

Pentru exemplificarea avantajelor/dezavantajelor unor astfel de scheme electrice, precum şi pentru delimitarea unor preferinţe în ceea ce priveşte domeniul lor de utilizare, în cele ce urmează se consideră cazul unei staţii de transformare cu U n 110kV. În figura de mai jos, este reprezentată schema cu un sistem de bare colectoare (1 BC ) care presupune existenţa unui singur nod de conexiuni, la care sunt racordate circuite cu soluţii de echipare simple (două circuite de linie şi două circuite de (auto)transformator).

Fig. 2.1. Exemplu de schemă electrică de conexiuni cu un sistem de bare colectoare

Principalele avantaje ale schemelor cu 1BC sunt configuraţia lor mai simplă şi numărul de aparate mai redus în raport cu alte tipuri de scheme electrice de conexiuni. Drept urmare, la aceste scheme sunt necesare eforturi mai mici de investiţie şi totodată (prin reducerea numărului 10


surselor potenţiale de defecte/greşeli de manevrare), numărul întreruperilor în alimentare este potenţial mai mic. Deoarece conţin echipament puţin, astfel de scheme necesită suprafeţe de teren mai mici pentru dispunere, fiind indicate şi în cazul staţiilor amplasate în construcţii (de interior). Principalul dezavantaj al schemelor cu 1BC constă în faptul că defectele (sau reviziile) la sistemul de bare/separatoarele de bare sau refuzul de acţionare al unui întreruptor conduce la scoaterea întregii staţii din funcţiune. În cazul unor întreruperi în zona barelor colectoare, daunele ca urmare a nelivrării energiei electrice vor fi cu atât mai mici, cu cât vor fi conectate mai puţine circuite la sistemul de bare colectoare. În cazul reviziilor/re paraţiilor la o celulă, întreruperea în alimentare va afecta numai circuitul aferent celulei respective. Daunele ca urmare a nelivrării energiei electrice pot fi reduse dacă circuitul respectiv este rezervat (până la zero, în cazul unei rezerve de 100%).

Scheme cu 1 BC şi un întreruptor pe circuit sunt folosite pentru toate treptele de tensiune din reţelele de distribuţie, atunci când aparatajul electric este fiabil, presupune mentenanţă redusă şi/sau consumatorii admit întreruperi în alimentare , ori pot fi preluaţi de altă sursă de rezervă.

2.3.2.Schema cu un sistem de bare cu secţionare longitudinală

Creşterea siguranţei în funcţionare a schemelor cu un sistem de bare colectoare şi un întreruptor pe circuit se poate face prin secţionare longitudinală a sistemului de bare. Probabilitatea ca un defect la sistemul de bare la separatoarele de bare sau refuzul de acţionare al unui întreruptor să afecteze mai multe secţii de bare este relativ redusă. Prin secţionare, se reduce deci numărul de circuite întrerupte ca urmare a unor defecte/reviziiîn zona barelor şi a separatoarelor de bare , dacă se ţine seama de unele aspecte: 

se pot crea atâtea secţii de bare câte surse de alimentare există pentru staţia respectivă;



consumatorii vor fi cât mai uniform repartizaţi pe secţii, iar cei cu dublă alimentare vor fi racordaţi la secţii diferite;



între secţii se prevăd circuite suplimentare (cuple longitudinale), care permit alimentarea a două secţii de la aceeaşi sursă, în cazul defectării/revizuirii uneia dintre surse.

În figura 2.2 este prezentat un exemplu de schemă de conexiune pentru o staţie de 110kV/ MT , cu două secţii de bare. Fiecare secţie de bare este alimentată din SEN prin câte o linie electrică, iar numărul plecărilor din staţie este egal repartizat pe cele două secţii. În cazul unor întreruperi (planificate sau nu) în zona barelor şi a separatoarelor de bare, daunele de nelivrare a energiei electrice vor fi mai mici, fiind afectaţi doar jumătate dintre consumatorii alimentaţi de la sistemul de bare colectoare. Această modificare a variantei de bază presupune un efort suplimentar de investiţii, pentru echiparea cuplei longitudinale între secţiile de bare. 11


Secţia A

Cuplă longitudinalăSecţia B

Fig 2.2. Exemplu de schemă electrică de conexiuni cu două secţii de bare colectoare

Deoarece în costul unei celule, ponderea principală revine întreruptorului, pentru reducerea cheltuielilor cu echiparea staţiei se caută soluţii de micşorare a numărului de întreruptoare. În acest scop se pot utiliza mai multe tipuri de cuple longitudinale (figura 2.2.1.).

a

b

c

Fig. .2.2.1. Variante de echipare a circuitelor de cuplă longitudinal ă

Cupla longitudinală cu un separator ( figura 2.2.1, a) presupune o investiţie minimă, dar oferă o elasticitate în exploatare foarte redusă, deoarece cuplarea/decuplarea celor două secţii de bare se poate face numai în absenţa sarcinii (după deconectarea surselor de alimentare). De asemenea, în cazul unor manevre greşite cu separatorul cuplei sau în cazul revizuirii acestuia, trebuie scoase din funcţiune ambele secţii de bare. Acest ultim dezavantaj poate fi 12


parţial remediat prin prevederea unui al doilea separator de cuplă ( figura 2.2.1, b). Cele două separatoare din figura 2.2.1,b se pot izola reciproc, ceea ce permite menţinerea în funcţiune a uneia dintre cele două secţii de bare, atunci când se lucrează la cealaltă secţie. Elasticitate şi siguranţă maximă în exploatare sunt oferite de cupla longitudinală cu două separatoare şi un întreruptor ( figura 2.2.1, c). Conectarea/deconectarea longitudinală a secţiilor se face în acest caz numai cu ajutorul întreruptorului (capabil să stingă arcul electric). 

se evită ca în cazul unui scurtcircuit pe una din secţii să declanşeze două întreruptoare (al sursei de alimentare şi al cuplei longitudinale), situaţie care ar conduce la expunerea celeilalte secţii, în cazul nefuncţionării întreruptorului cuplei;



se scurtează durata manevrelor de conectare;



se reduce riscul unor manevre greşite cu separatoarele;



se reduce valoarea curenţilor de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit pe una dintre secţiile de bare.

Pentru creşterea continuităţii în exploatare, cuplele longitudinale echipate cu întreruptor se prevăd cu sisteme de anclanşare automată a rezervei ( AAR). Mai nou, se foloseşte denumirea „transfer automat”.

2.3.3. Scheme cu un sistem de bare colectoare şi ocolire

Ca urmare a solicitărilor la care sunt supuse în exploatare, întreruptoarele sunt aparatele din staţii care necesită de regulă cele mai frecvente lucrări de întreţinere sau de remediere a unor defecte. Lucrările de revizie/reparaţie la întreruptorul cuplei se pot face cu menţinerea ambelor secţii de bare sub tensiune. În regim normal de funcţionare, circuitul cuplei longitudinale este menţinut în starea înfuncţiune sau în rezervă caldă (separatoarele cuplei sunt închise, întreruptorul fiind declanşat) în funcţie de condiţiil e de exploatare de la un moment-dat. De exemplu, dacă una din secţiile de bare nu are o sursă de alimentare(aceasta este în reparaţie sau revizie) atunci trebuie să menţinem cupla în funcţiune. Dacă însă ambele secţii au surse de alimentare este de preferat ca circuitul de cuplă longitudinală să fie menţinut în starea de rezervă caldă. Pe durata efectuării acestor lucrări se întrerupe funcţionarea circuitelor respective şi se pot înregistra daune. Pentru reducerea acestora devine uneori justificată din punct de vedere economic prevederea unui întreruptor suplimentar, intercalat pe o legătură ocolitoare, astfel încât acesta să poată înlocui, pe rând , câte un întreruptor din staţie. Prin ocolirese reduce timpul de întrerupere în alimentare a cu energie electrică, pe un circuit la care a apărut un defect. Lucrările planificate în zona unei celule se execută fără întrerupere în alimentare. 13


În figura 2.3 este prezentat un exemplu de schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare şi bară de ocolire (numită frecvent în exploatare şibară de transfer). Instalaţiile cu ocolire presupun investiţii suplimentare din cauza introducerii întreruptorului de ocolire (care împreună cu separatoarele sale formează cupla de ocolire), a sistemului barelor de ocolire şi a separatoarelor de ocolire, pentru fiecare circuit care urmează a fi ocolit. Ocolirea presupune un consum suplimentar de teren pentru amplasarea staţiei. C alculele arată că instalaţiile cu bare de ocolire sunt pot rezulta eficiente din punct de vedere economic atunci când: durata nelivrării de energie, ca urmare a lucrărilor de revizie/reparaţie în celule este mare  (staţii cu multe circuite nerezervate între ele, cu echipamente învechite, cu fiabilitate redusă, cu solicitări frecvente ale întreruptoarelor etc.); sarcina electrică vehiculată pe circuite este mare (ocolirea se prevede în staţii cu U n  110kV);

există o mare sensibilitate la întreruperi a zonelor alimentate şi circuitele nu sunt rezervate prin alte căi de alimentare.



BC

B oc

Fig.2.3. Exemplu de schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare şi bară de ocolire

Manevrele pentru ocolirea unui întreruptor aflat în funcţiune trebuie astfel etapizate încât să nu conducă la întreruperea tranzitului de energie pe circuit ul respectiv. Acest lucru este perfect posibil. Etapele unei astfel de manevre sunt următoarele: se aduce în starea în funcţiune cupla de ocolire, punând în acest fel sub tensiune bara de  ocolire; dacă bara de ocolire este fără defecte întreruptorul cuplei de ocolire rămâne închis; în caz contrar el va declanşa prin protecţiile sale; spunem că, astfel, am verificat izolaţia barei de ocolire; se închide separatorul de ocolire, punând astfel în paralel întreruptorul cuplei de ocolire  cu întreruptorul pe care vrem să-l scoatem în reparaţie sau revizie; 14

ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE 



se deschide întreruptorul circuitului respectiv şi apoi se separă deschizând cele două separatoare : cel de bare şi cel de linie; pe toată durata reparaţiei funcţiunile întreruptorului ocolit vor fi preluate de întreruptorul cuplei de ocolire. Manevra de revenire se poate face, de asemenea, fără într eruperea circuitului respectiv.

2.3.4. Scheme cu bare colectoare secţionate longitudinal şi cu ocolire

Pentru mărirea continuităţii în alimentarea consumatorilor, schemelor cu simplu sistem de bare colectoare secţionat longitudinal li se poate asocia ocolirea.

B oc

BC

BC

a B oc

BC

B oc

BC

BC

b

BC

c

Fig.2.4. Variante de echipare a unor cuple cu funcţiuni multiple în cazul unor staţii cu un sistem de bare colectoare şi bare de ocolire

Pentru o elasticitate ridicată în funcţionarea unor astfel de scheme, corespunzător fiecărui nod de bare se pot prevedea cuple individuale: una longitudinală şi două de ocolire (figura 2.4., a).

În condiţiile unei elasticităţi mai reduse, efortul de investiţii poate fi sensibil micşorat prin folosirea unor cuple cu funcţiuni multiple. Printr-o selectare convenabilă a separatoarelor de bare, cu ajutorul unei astfel de cuple pot fi realizate pe rând, două (figura 2.4, b) sau toate cele trei cuple (figura 2.4,c). Dezavantajul principal al folosirii unor cuple cu funcţiuni multiple este acela că în caz de revizie sau defectare a întreruptorului de cuplă se pierd toate posibilităţile de cuplare a diverselor noduri între ele. În plus, în cazul unui refuz al singurului întreruptor de cuplă este deconectată toată staţia (întrerupere totală), iar comutaţia prin separatoare este o potenţială sursă de incidente pe barele colectoare, cu consecinţe foarte grave. 15

ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE 2.3.5. Schema cu două sisteme de bare colectoare şi un î ntreruptor pe circuit

În cazul secţionării longitudinale, secţiile aparţinând aceluiaşi sistem de bare sunt dispuse una în prelungirea alteia. Fiecare circuit din staţie poate fi racordat doar la una dintre secţiile de bare şi îşi pierde alimentarea, în caz de indisponibilitate a secţiei respective. Din această cauză, secţionarea longitudinală este considerată o secţionare rigidă. Spre deosebire de aceasta, un mod de secţionare elastic poate fi considerat acela care permite cuplarea circuitelor, pe rând, la oricare dintre secţiile de bare. Aceasta se poate realiza prin secţionarea transversală a sistemului de bare din varianta de referinţă. Secţionarea transversală presupune creşterea numărului de separatoare de bare, care , pe lângă funcţia de izolare a circuitului faţă de sistemul de bare, capătă şi funcţia suplimentară de selectare a sistemului de bare pe care urmează să funcţioneze acesta.Prin secţionare transversală rezultă scheme cu mai multe sisteme de bare colectoare. În figura de mai jos, schemele cu două sisteme de bare colectoare (2BC ) presupun existenţa a două noduri de conexiuni dispuse alăturat, fiecare circuit fiind prevăzut cu câte două separatoare de bare, care sunt folosite atât pentru selectarea sistemului de bare la care urmeaz ă a fi racordat circuitul respectiv, cât şi pentru separarea celulei la care se lucrează faţă de barele colectoare. Astfel, este prezentată o schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare pentru staţia de transformare 110 kV/ MT , folosită ca exempl u în cazurile anterioare. Fiecare circuit se poate racorda la oricare dintre sistemele de bare colectoare, această manevră efectuându-se în regim normal de funcţionare fără întreruperea funcţionării.Fiecare bară colectoare poate fi izolată în scopul executării lucrărilor de întreţinere, fără întreruperea vreunui circuit. Un incident pe un sistem de bare întrerupe doar circuitele racordate în nodul respectiv, timpul de nelivrare a energiei fiind cel necesar efectuării manevrelor de trecere a circuitelor p e celălalt sistem de bare colectoare (deci mult mai mic decât timpul de nelivrare în cazul variantei de referinţă, necesar pentru reparaţii).

Fig.2.5. Exemplu de schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare 16


Cuplarea celor două noduri de conexiuni prin închiderea ambelor separatoare de bare ale aceluiaşi circuit presupune riscul unor avarii grave (însoţite de arc electric) şi deci o astfel de manevră este strict interzisă. Cuplarea sistemelor de bare poate fi făcută numai prin intermediul întreruptorului cuplei transversale, denumit astfel deoarece în teren se adoptă o dispunere paralelă a celor două sisteme de bare colectoare. Cupla transversală este un circuit specific tuturor schemelor cu un singur întreruptor pe circuit şi două (sau mai multe) sisteme de bare. Funcţiile cuplei transversale sunt : 

punerea sub tensiune a unui sistem de bare colectoare cu scopul de a verifica starea izolaţiei acestuia; între două sisteme de bare legate prin cuplă transversală, circuitele pot fi redistribuite fără a fi necesare întreruperi în funcţionarea acestora;



legarea în paralel a două sisteme de bare colectoare, ambele aflate sub tensiune;



ocolirea întreruptorului unui circuit, cu două scurte întreruperi în funcţionarea circuitului respectiv.

Ca urmare a prezenţei celui de al doilea sistem de bare, respectiv, a suplimentării numărului de separatoare pe fiecare circuit, precum şi a introducerii circuitului de cuplă transversală, cresc cheltuielile de investiţii pentru echiparea staţiei, precum şi cheltuielile de întreţinere. Este redus însă considerabil timpul de întrerupere în alimentare şi numărul circuitelor afectate de revizia/reparaţia unui sistem de bare (deci puterea nelivrată). Este foarte important de reţinut că, în regim normal de funcţionare nici un circuit (în afara celui de cuplă transversală) nu poate funcţiona cu ambele separatoare de bare închise simultan.

2.3.6. Schema cu două bare colectoare şi cu secţionare longitudinală

Pentru mărirea continuităţii în alimentarea consumatorilor, schemelor cu bare colectoare duble (secţionare transversală) li se asociază secţionarea longitudinală a unuia sau a ambelor sisteme de bare. În staţiile cu două sisteme de bare, se justifică mai frecvent secţionarea longitudinală a unuia singur dintre cele două noduri de conexiuni. Pentru o elasticitate ridicată în funcţionarea unor astfel de scheme, corespunzător fiecărei noi secţii de bare se pot prevedea cuple individuale: una longitudinală şi două transversale ( figura 2.6, a). În condiţiile unei elasticităţi mai reduse, efortul de investiţii poate fi sensibil micşorat prin folosirea unei cuple longo-transversale ( figura 2.6, b).Cu ajutorul unei astfel de cuple cu funcţii multiple pot fi realizate pe rând o cuplă longitudinală şi două cuple transversale. 17


Două variante de cuple cu funcţii multiple care pot fi folosite în cazul secţionării longitudinale a ambelor sisteme de bare sunt prezentate în figura 2.6, c şi 2.6, d . În varianta din figura 2.6, c pot fi realizate pe rând două cuple longitudinale, respectiv, două cuple transversale. În varianta din figura 2.6, d , în locul celor două cuple longitudinale pot fi realizate două cuple în cruce (în diagonală).

a

b

c

d

Fig. 2.6 . Variante de echipare a unor cuple cu funcţiuni multiple în cazul unor staţii cu două sisteme de bare colectoare şi secţionare longitudinal

Modalitatea şi gradul de secţionare dintr -o staţie de conexiuni se stabilesc în funcţie de condiţiile concrete de funcţionare.Principalele avantaje urmărite prin aceasta sunt creşterea continuităţii în alimentare şi micşorarea curenţilor în caz de scurtcircuit. Pentru mărirea continuităţii în alimentare, pe lângă secţionare mai trebuie asigurată şi o repartiţie judicioasă a circuitelor între noduri. Pentru reducerea curenţilor de scurtcircuit, staţia funcţionează cu cuplele longitudinale sau transversale „normal deschise.

2.3.7. Schema cu două bare colectoare şi cu ocolire

Pentru reducerea daunelor de nelivrare a energiei ca urmare a efectuării unor lucrări la celule, devine uneori justificată din punct de vedere economic prevederea unei legături ocolitoare, astfel încât acesta să poată înlocui, pe rând, câte un întreruptor din staţie, fără întrerupere în alimentare. În figura 2.7. este prezentat un exemplu de schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare şi bară de ocolire (numită uneori şi bară de transfer). Instalaţiile cu ocolire presupun investiţii suplimentare din cauza introducerii cuplei deocolire, a sistemului bar elor de ocolire, precum şi a separatoarelor de ocolire, pentru fiecare circuit care urmează a fi ocolit. 18


Fig. 2.7 . Exemplu de schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare şi sistem de bare de ocolire

În unele cazuri se utilizează scheme simplificate, folosindu -se cuple cu funcţiuni multiple, la care se combină cupla transversală cu cupla de ocolire ( figura 2.8, a), fie la bara de ocolire şi cupla de ocolire (figura 2.8 , b şi c), ceea ce conduce la reducerea costurilor de realizare a staţiei şi a suprafeţei de teren necesare pentru dispoziţia constructivă.

Fig. 2.8.a. Scheme simplificate cu două sisteme de bare colectoare şi ocolire 19


c

b

Fig.2.8 Scheme simplificate cu două sisteme de bare colectoare şi ocolire

Ca şi în celelalte cazuri, folosirea unor cuple cu funcţiuni multiple prezintă dezavantajul că în caz de revizie sau defectare a întreruptorului de cuplă se pierd toate posibilităţile de cuplare a diverselor noduri între ele. În plus, în cazul unui refuz al singurului întreruptor de cuplă este deconectată toată staţia (întrerupere totală), iar comutaţia prin separatoare este o potenţială sursă de incidente pe barele colectoare, cu consecinţe foarte grave. În variantele de schemă prezentate în figurile 2.8 , b şi cocolirea se face prin cupla transversală înseriată cu unul dintre cele două sisteme de bare colectoare, care în prealabil trebuie degajat de alte circuite. Prin urmare, pe durata fiecărei perioade de ocolire, în staţiile cu astfel de scheme se dispune de un singur sistem de bare colectoare, celălalt sistem devenind bară de ocolire. Trebuie remarcat că în toate variantele din figura 2.8 manevra de ocolire a unui întreruptor de circuit se face fără întreruperea circuitului respectiv.

2.3.8 Schema cu 2BC şi N+1 întreruptoare folosite în comun de N circuite

La aceste scheme, din punct de vedere al investiţiei revin (N+1)/N întreruptoare pe circuit. Pentru N=1 avem schema cu 2 întreruptoare pe circuit, pentru N=2 avem schema cu 1,5 întreruptoare pe circuit iar pentru N=3 avem schema cu 1,33 întreruptoare pe circuit. Mai des întâlnite în practică sunt schemele de conexiuni cu 1,5 sau 2 întreruptoare pe circuit. În regim normal de lucru, o astfel de schemă, funcţioneză cu toate aparatele de comutaţie închise şi ambele sisteme de bare colectoare în funcţiune. Astfel de scheme prezintă flexibilitate foarte mare în timpul exploatării şi disponibilitate mărită , deoarece:

20


în regim normal de funcţionare, ambele sisteme de bare colectoare sunt menţinute sub tensiune; toate comutaţiile se fac prin întreruptoare, ceea ce reduce riscul unor avarii grave (însoţite de arc electric liber); fiecare bară colectoare poate fi izolată în scopul executării lucrărilor de întreţinere, fără  întreruperea vreunui circuit; un incident pe un sistem de bare nu afectează nici un circuit, deci nu conduce la întreruperi în alimentare;  lucrările de revizie/reparaţii la întreruptoare se pot efectua fără întreruperea funcţionării circuitului respectiv, deci fără daune de nelivrare. Datorită avantajelor mai sus menţionate, este redus considerabil timpul de întrerupere în alimentare şi puterea nelivrată, nemaifiind necesare circuite suplimentare de cuplă transversală şi de ocolire. Principalul dezavantaj al unor astfel de scheme constă în creşterea investiţiilor pentru echiparea staţiilor, atât din cauza numărului sporit de întreruptoare pe circuit, cât şi ca urmare a costurilor mai ridicate pentru asigurarea protecţiilor. În figura 2.9este prezentată o schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare şi două întreruptoare pe circuit. Fiecare circuit este în permanenţă cuplat prin celulă cu întreruptor la ambele sisteme de bare colectoare, deci prezintă avantajele unei duble alimentări. Ca urmare a dublării numărului de întreruptoare pe fiecare circuit, cresc însă sensibil cheltuielile de investiţii pentru echiparea staţiei, precum şi cheltuielile de întreţinere. Acest tip de schemă prezintă interes în cazul circuitelor pentru care trebuie asigurată o foarte mare siguranţă în funcţionare. 

Fig. 2.9. Scheme cu 2 întreruptoare pe circuit

Fig.2.10. Schema cu 1,5 întreruptoare pe circuit

21


Punerea în funcţiune la CET Işalniţa, a primului grup franţuzesc de 315 MW, care reprezenta cel mai mare grup din ţară la acea dată (31 decembrie 1967), s -a făcut prin celulă cu două întreruptoare. Pe de altă parte, anumite firme constructoare realizează scheme cu bare colectoare d uble în sistem „duplex” şi la medie tensiune, prin montarea pe fiecare circuit a câte două celule prefabricate cu bare colectoare simple şi întreruptor. O cale de reducere a investiţiilor, aplicată în cazul staţiilor de foarte înaltă tensiune, o constituie utilizarea a câte trei întreruptoare pentru două circuite (figura 2.10). Rămâne însă ca dezavantaj costul ridicat al realizării protecţiilor şi al reanclanşării automate rapide, căci întreruptorul median trebuie să funcţioneze independent în fiecare din direcţiile celor două plecări. Un alt dezavantaj este acela că, în anumite situaţii întreruptorul de lângă bara colectoare trebuie să ducă sarcina a două circuite, deci trebuie să aibă un curent nominal mare. Calculele tehnico-economice arată că astfel de scheme potrezulta eficiente din punct de vedere economic mai ales atunci când:  durata nelivrării de energie, ca urmare a lucrărilor de revizie/reparaţie în staţii este mare;  sarcina electrică vehiculată pe circuite este mare (de regulă, în staţii cu U n 220 kV);  există o mare sensibilitate la întreruperi a zonelor alimentate şi circuitele nu sunt rezervate prin alte căi de alimentare. Un exemplu de utilizare în România a schemei electrice cu 1,5 întreruptoare pe circuit este cel al staţiei de 400 kV, realizată pentru evacuarea puterii produse şi interconectarea cu SEN a CNE Cernavodă.

Dezavantajele prezentate mai sus se amplifică atunci când folosim mai mult de trei întreruptoare în comun. Ca urmare, scheme cu 1,33 întreruptoare pe circuit sunt foarte rare şi nu s-au realizat scheme cu 5 întreuptoare folosite în comun de 4 circuite.

2.3.9 Scheme poligonale

Datorită conturului închis, deşi unui circuit îi revine câte un singur întreruptor, schema prezintă avantajele conectării fiecărei plecări la reţea prin câte două întreruptoare. Dacă ne referim la schemele anterioare, se poate spune că în cazul schemelor poligonale toate întreruptoarele sunt folosite în comun de toate circuitele . Aceasta conduce la o mai mare flexibilitate, mai ales în ceea ce priveşte întreţinerea întreruptoarelor, cu costuri mai reduse decât în cazul schemelor prezentate :  toate comutaţiile se fac prin întreruptoare (figura 2.11), ceea ce reduce riscul unor avarii grave (însoţite de arc electric liber); 22








 



deconectarea/declanşarea oricărui întreruptor se face fără întreruperea sarcinii pe circuit, deci nu este necesară prevederea unui sistem de ocolire; legăturile transversale între noduri sunt asigurate prin laturile poligonului (echipate cu întreruptoare), deci un circuit de cuplă transversală este inutil. Printre dezavantajele schemelor poligonale se pot menţiona: amperaj mai mare pentru întreruptoare, deoarece atunci când inelul poligonal este deschis unele întreruptoare trebuie să asigure sarcina mai multor circuite electrice; sub acest aspect, schema este mai indicată laU n 220 kV; volum mai mare de protecţii şi scheme de circuite secundare mai complicate; dificultăţi legate de numărul uneori insuficient al înfăşurărilor secundare cu care sunt prevăzute transformatoarele de curent pentru alimentarea protecţiilor (se poate ajunge la folosirea în comun a unei înfăşurări pentru mai multe protecţii sau la suplimentarea numărului de transformatoare de măsurare); este de preferat ca numărul maxim de circuite racordat la o schemă poligonală să nu depăşească 6-8 circuite. L1

L2

T1

L1

L2

T1

T2

T2 b

a

Fig. 2.11. Schemă electrică poligonală a - schema de principiu; b - schema corespunzătoare planului de amplasare

Schemele poligonale constituie o alternativă importantă a schemelor cu 1,5 întreruptoare pe circuit pentru realizarea schemelor de conexiuni la staţii electrice de foarte înaltă tensiune (spre exemplu, staţia de 750 kV de la Isaccea este „un pătrat”).

23


3 .CALCULUL CURENŢILOR DE SCURTCIRCUIT. SOLUŢII

CONSTRUCTIVE A STAŢIILOR DE 110 KV ŞI 220 KV 3.1 Def iniţia curentului de scurtcircuit

Prin definiie, scurtcircuitul reprezintă o legătură galvanică (accidentală sau voită) printr-o impedanţă de valoare relativ redusă, între două sau mai multe puncte ale unui circuit care, în regim normal au tensiuni diferite. La apariţia scurtcircuitului, impedanţa circuitului se micşorează, ceea ce conduce la mărirea curenţilor, comparativ cu valorile din regimul normal. La rândul sau, această mărire determină o scădere a tensiunii în sistem, mai însemnată în apropierea locului de scurtcircuit. Curentul de scurtcircuiteste acel curent care se închide la locul de scurtcircuit. Acest curent este iniţial asimetric în raport cu axa de timp şi poate fi descompus într -o componentă de curent periodică (simetrică) şi o componentă aperiodică, descrescătoare de la valoarea iniţială la zero. Componenta aperiodică a cu rentului de scurtcircuiteste valoarea medie între înfăşurătoarea superioară şi cea inferioară a curentului de scurtcircuit ceea ce permite separarea ei dintr-o curbă dată a curentului.

3.2 Cauzele principale care determină apariia scurtcircuitelor

   

Printre cauzele unui scurtcircuit se pot menţiona: conturnarea cu străpungerea izolaţiei; ruperea unor fire; contacte accidentale stabilite de animale; manevre greşite.

Conform statisticilor de exploatare, mai mult de 65% din totalul scurtcircuitelor sunt monofazate, în timp ce numai 5% din defecte sunt de tip trifazat(afectează în mod simetric toate cele trei faze ale unei instalaţii electrice trifazate). Deşi cele mai rare, prin consecinţele foarte grave pe care le pot avea, scurtcircuitele trifazate sunt uneori hotărâtoare în aprecierea posibilităţii de funcţionare a sistemului în condiţii de scurtcircuit, precum şi pentru dimensionarea echipamentelor şi legăturilor electrice. Pe de altă parte, folosirea metodei componentelor simetrice permite estimarea valorilor curenţilor şi tensiunilor de succesiune directă pentru orice scurtcircuit, pe baza mărimilor corespunzătoare unor scurtcircuite trifazate convenţionale.

24


3.3 Calculul curenilor de scurtcircuit (teorie)

Calculul se poate face în diferite scopuri: - dimensionarea/verificarea aparatelor de comutaţie şi a conductoarelor utilizate în instalaţiile electrice din centrale şi staţii; - calculul curenţilor pentru reglajul protecţiilor; - verificarea condiţiilor de compatibilitate electromagnetică în dife rite noduri ale sistemului energetic naţional. Pentru dimensionarea/verificarea echipamentelor electrice, este necesar calculul curenţilor de scurtcircuit în regimul de funcţionare care conduce la solicitările maxime. Pentru reglajul protecţiilor şi verificarea compatibilităţii electromagnetice sunt necesare şi calcule de scurtcircuit în regim minim de funcţionare. Calculul regimului de scurtcircuit trifazat metalic (prin impedanţă nulă) deşi foarte rar, conduce la solicitări maxime în reţele şi se efectuează întotdeauna în proiectare şi exploatare. În reţelele cu neutrul legat la pământ, un loc deosebit îl ocupă calculul scurtcircuitului monofazat ca defect cel mai probabil. Principalele ipoteze simplificatoare care se admit în calculele de scurtcircuit sunt: 









tensiunile electromotoare ale tuturor surselor din schemă se consideră că au aceeaşi valoare şi fază; în zona în care se consideră scurtcircuitul, tensiunea în momentul anterior defectului poate fi diferită de cea nominală (U n ), acest aspect luându-se în considerare prin factorul de tensiune C U ; de exemplu, pentru calculul curentului maxim de scurtcircuit C U =1,1 pentru instalaţiile cu U n 220 kV şi 1,0 pentru instalaţiile cu U n 400 kV; toate transformatoarele cu tensiunea de scurtcircuit mai mare de 5% se iau în considerare numai prin reactanţa lor inductivă; reactanţa ohmică a liniilor electrice aeriene ( LEA) şi a liniilor electrice în cablu ( LEC ) cu U n 110 kV, de regulă, poate fi neglijată; şi în cazul liniilor de medie tensiune rezistenţa poate fi neglijată, cu condiţia ca acest lucru să nu majoreze substanţial valoarea curenţilor de scurtcircuit; impedanţa sarcinilor, de regulă, se neglijează; fac excepţie motoarele sincrone şi asincrone de mare putere (de ordinul sutelor de kVA) în cazul unor scurtcircuite apropiate de bornele acestor motoare, precum şi în cazul în care se calculează curenţii de scurtcircuit pe partea de înaltă tensiune a transformatoarelor care alimentează aceste motoare.

În cazul unui scurtcircuitpe un circuit electric se imp une deconectarea sa rapidă, pentru a se reduce solicitările echipamentelor şi totodată, pentru a se asigura continuitatea în funcţionarea altor circuite racordate la acelaşi sistem de bare colectoare. De asemenea, în exploatare este de 25


dorit să existe posibilitatea conectării şi deconectării fiecărui circuit electric în parte, astfel încât aceste manevre să nu conducă la întreruperea altor circuite. Elementul de protecţie,cu care trebuie prevăzut orice circuit electric, are drept scop principal detectarea sensibilă, rapidă şi sigură a avariei, precum şi deconectarea selectivă a elementului avariat, în vederea evitării extinderii avariei şi revenirii cât mai rapide la regimul normal de funcţionare pentru restul sistemului. O unitate de protecţie are deci următoarele funcţii principale:   

supravegherea permanentă a diverşilor parametri pe circuit; intervenţia în situaţii anormale; transmiterea (uneori) de informaţii pentru exploatarea reţelei.

Informaţia necesară pentru comanda de închidere/deschidere a aparatajului de comutaţie în regim autocomandat provine de la transformatoarele de măsurare (curent şi tensiune), convenţionale sau neconvenţionale. Transformatoarele de măsurare mai asigură şi informaţia directă privind valoarea curentului şi tensiunii, cea necesară pentru contorizare -înregistrare şi, eventual, cea necesară implementării funcţiilor SCADA 1.De asemenea, transformatoarele de tensiune constituie şi sursa de alimentare a dispozitivelor mecanice de acţionare, prin asigurarea încărcării cu energie a unor acumulatoare (în perioadele de funcţionare normală), pentru alimentarea aceloraşi dispozitive mecanice în absenţa tensiunii. Diversele funcţii îndeplinite de aparatele electrice pe un circuit pot fi realizate individual, utilizând pentru fiecare dintre ele câte un aparat specializat (reunirea mai multor funcţii presupune folosirea mai multor aparate pe circuit) sau prin asocierea mai multor funcţii pe un aparat (aparate cu funcţiuni multiple). Tendinţa actuală în domeniul staţiilor electrice este de a se integra în construcţia echipamentelor de bază (transformator de putere, întreruptor) celelalte echipamente specifice. 3.4. Calculul curenilor de scurtcircuit pentru staia de 220/110 kV(studiu de caz)

În cele ce ur mează vom efectua calculul staţiilor de 220 kV, respectiv 110 kV ce au în

componenţa lor : 

staţia de 110 kV are 4 circuite de linie şi două circuite de autotransformator de 220/110 kV



staia de 220 kV are 2 circuite de linie i două circuite de autotransformator de 220/110 kV

1

Monitorizare, Control şi Achiziţii de Date(SCADA- Supervizory Control And Data Acquisition) 26

ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE 

sarcina maxima estimată prin autotransformatoarele de 220/110 kV este de 200 MVA

Fig 3.1. Schema generală a staiei 220/110 KV

Atât pentru staţ ia de 220 kV,cât şi pentru cea de 110 kV vom folosi scheme cu 1 BC şi

secţionare longitudinală deoarece prin secţionare se reduce numărul de circuite întrerupte ca urmare a unor defecte sau revizii în zona barelor şi a separatoarelor de bare ş i, totodată, reducem costur ile instalaţiei.

27


Fig 3.2. Schema monofilară a staiei

Staţia de 220 kV are 2 circuite de linie o cuplă longitudinalăşi 2 circuite de (auto)autotransformator.Circuitele de linie au fiecare câteun separator de bare, un separator de

linie, între ele un întreruptor cu transformator de curent pentru mă surarea cur enţilor de scurtcircuit şi câte un separator cu cuţit de legare la pămâ nt. Circuitele de (auto)transformatoare au fiecare câte două separatoare de bare(Sb pentru 220 kV şi un Sb pentru 110 kV), 2 întreruptoare (unul cu transformator de curent ş i al doilea debroşabil) şi î ntre ele (auto)transformatorul.Cupla longitudinală are două separatoare de bare şi un î ntreruptor cu transformator de curent. 28


Staţia de 110 kV are patru circuite de linie, o cuplă longitudinală şi două circuite de (auto)transformatoare.Circuitele de linie au fiecare câte un separator de bare, un întreruptor

debroşabil, un transformator de curent şi un separator cu cuţit de legare la pămâ nt. Cupla longitudinală are două separatoare de bare şi un întreruptor debroş abil.

3.5 Aplicaţie: Calculul curentului de scurtcircuit  

tensiunea nominala superioară a staiei, U1 = 220 kV; tensiune nominală inferioară a staiei, U2 = 110 kV;

Fig. 3.3. Schema sistemului complet de alimentare

 = 200MVA

 = 10000   = 25  = 28  = 80   = 100   = 200 29


Fig. 3.4. Schema reactanelor sistemului

 =

 √ 3 ×  × 220

10000 = 1.0497 √ 3 × 2 5 × 2 2 0

 = 0.9372 √ 3 × 2 8 × 2 2 0

 =

 = 0.4 ×  ×

 = 0.4 ×  ×

=

 10000 = 0.4 × 80 × = 6.6116 220 220

 10000 = 0.4 × 100 × = 8.2645 220 220 30


 =

 ×    ×  10000 10 10000 × =  × = × =5 100  ×  100 200 100 200

Pentru K1 (staţia de 220 kV)avem :

Fig. 3.5.Schema reactanţei echivalente a staţ iei de 220 kV

ℎ. =

(  +  )( +  ) (1.0497 − 6.6116)(0.9372 − 8.2645) = = 2.4167  +  + +  1.0497 + 6.6116 + 0.9372 + 8.2646 ()  =

 ×  1.05 × 10000 = = 11.402 √ 3 × 2 2 0 × ℎ. √ 3 × 220 × 2.4167

Schema pentru K2(staţia de 110 kV):

31


Fig. 3.6.Schema reactanei echivalente a staiei de 220 kV

ℎ. = ℎ. +

()  =

3.6Soluii

 5 = 2.4167 + = 4.9167 2 2

 ×  = 11.7426 √ 3 × 110 × 4.9167

constructive pentru staii electrice de distribuie de înaltă i foarte

înaltă tensiune Staţiile electrice de distribuţie de înaltă şi foarte înaltă tensiune pot fi realizate în douămari variante constructive, funcţie de faptul dacă sunt sau nu amplasate în interiorul unor clădiri. Cele realizate în aer liber se numesc staţii de distribuţ ie exterioare, iar cele amplasate în interiorul unor clă diri se numesc staţii de distribuţie interioară . 1. Soluţii constructive pentru staţii electrice de înaltă şi foarte înaltă tensiune exterioară Amplasarea în exterior a instalaţiilor de distribuţ ie esteimpusă de economicitate ş i este aplicată cu deosebire la tensiunile mari ş i foarte mari (peste 35 kv).  Avantajele principale care impun acest tip de instalaţie sunt: 32


-

consum redus de material de construcţii; capacitatea redusă de extindere a avariilor datorită distanţelor mari între faze şi î ntre circuite; timpi de execuţie mai reduş i; extindere comodă; vizibilitatea bună a echipamentului; acces uşor la echipamente pentru exploatare şi înlocuire

Dezavantajele acestor categorii de instalaţ ii care limitează domeniile lor de aplicare sau impun măsuri speciale sunt: - echipamentul pentru exterior este mai scump; - exploatarea lor este mai dificilă ; - au siguranţă în funcţionare mai redusă, mai ales dacă sunt amplasate în medii agresive; - ocupă suprafeţe de teren mai mari (de circa 4 ori mai mari decâ t instalaţiile interioa re clasice),lucru ce face folosir ea lor imposibilă în unele cazuri( zone urbane); - sunt expuse efectelor poluării şi amplasarea lor î n apropierea unor surse de poluare intense, impune măsuri speciale.[5] 

Soluţiile constructive pentru instalaţ iile exterioare sunt determinate de urmatoarele elemente:  tipul separatoarelor şi a î ntreruptoarelor;  tipul căilor de curent;  izolaţia şi suporţ ii ;  schema monofilară a instalaţ iilor;  restricţiile de spaţiu Influenţa tipului de separator Prin gabaritul lor, prin numă rul relativ mare de separatoare folosite în schemele uzuale, prin importanţa separatoarelor în exploatare, se poate afirma că soluţiile constructive de instalaţ ii exterioare depind în foarte mare măsură de tipul şi modul de montare a separatoarelor. Tipurile de separatoare folosite în instalaţ iile exterioare se pot clasifica în urmă toarele categorii: - separatoare cu două sau trei coloane cu deplasarea contactului mobil în planul izolatoarelor; - separatoare cu două sau trei coloane cu deplasarea contactelor mobile într-un plan perpendicular pe planul izolatoarelor. Rotirea contactelor se face prin rotirea izolatoarelor pe care sunt fixate rigid contactele sau prin rotirea unui izolator central; - separatoare monocoloană, la care dispare izolatorul contactului fix, acesta fiind montat fix pe un alt aparat(de exemplu pe transformatorul de curent) când contactul mobil stă în poziţie orizontală, închis, fie fiind suspendat de conductorul de legătură sau bara colectoare când închiderea separatorului se face pe vertical. Familia separatoarelor monocoloană este destul de 

33


diversă, lucru ce rezultă ş i din denumirile folosite pentru ele: pantograf 2, semipantograf, foarfece, picior de lacustă etc. - separatoare cu două coloane cu gabarit constant. Separatoarele cu deplasarea contactului mobil în planul izolatoarelor au fost folosite multă vreme, fiind puţin pretenţioase în privinţa tehnologiei de realizare şi a reglajelor în exploatare, dar ducând la soluţii constructive ce necesită o suprafaţă mai mare, în special datorită faptului că nu permit legături verticale de la contactul fix ş i deci nu pot fi amplasate sub barele colectoare. Separ atorul monocoloană , la care contactul mobil se deplasează pe vertical presupune o tehnologie mai dificilă . El permite o bună funcţionare a terenului staţiei de conexiune, î n plan orizontal, aceste separatoare ocupând un spaţ iu minim. Folosirea acestui tip de separatoare în staţii, presupune însă o serie de mă suri constructive speciale. Deoarece contactul fix superior este amplasat pe un conductor flexibil întins, sageţile acestui conductor în plan vertical ş i orizontal trebuie limitate, chiar dacă sarcinile la care sunt supuse aceste conductoare sunt variabile în timp. Reducerea dimensiunilor staţ iei prin folosirea separatoarelor din familia pantograf este diminuată de faptul că pasul celulelor alăturate cadrelor de întindere este mai mare în mod fortuit. Deoarece conductoarele se fixează de cadre prin lanţurile de izolatoare cu lungime relativ mari, în dreptul lor nu se pot monta contactele superioare a separatoarelor monocoloană. Separatoarele monocoloană nu pot fi prevăzute cu cuţite de punere la păm ânt pe ambele părţi, ca în cazul separatoarelor cu douăsau trei coloane. Punerea la pământ trebuie să fie realizată cu separatoare suplimentare sau cu izolatoare cu cuţite de punere la pămâ nt de tipul scurtcircuitoarelor. Influenţa modului de montare a separatoarelor  Separatoarele pot fi montate în instalaţii la sol sau la înălţimi mari de 2,5 până la 10 metri, în ultimul caz, căderile staţiilor fiind dimensionate corespunzător şi rezultând un cost mai mare . Prin montarea separatoarelor cu douăsau trei coloane la sol, rezultă însă instalaţii de suprafaţă mai mari. Dacă baza izolatorului este la o distanţă de sol mai mică de 2.5 m, acesta trebuie introdus în interiorul unei îngrădiri de protecţi e. Faţă de barele colectoare, separatoarele pot fi amplasate sub acestea, când se reduce suprafaţa staţiei, dar nu pot fi folosite toate tipurile de separatoare , sau în afara barelor colectoare. Poziţia separatoarelor cu două sau trei coloane poate fi perpendicular ă pe barele colectoare sau paralelă cu acestea. Fazele unui separator cu două sau trei coloane pot fi aşezate paralel la distanţă una faţă de alta (poziţie obligatorie î n cazul separatoarelor de construcţie trifazică ) sau pe aceeaşi linie(poziţie posibilă numai la separatoarele de construcţie monofazată).

2

Dispozitiv montat pe acoperiul unor vehicule electrice, care face contactul între instalaia electrică a vehiculului i reeaua electrică fixă de alimentare 34


Influenţa întreruptoarelor Tipul întreruptor ului are o influenţă redusă asupra soluţiei constructive pentru instalaţ iile exterioare.Înalţimea la care se montează într eruptorul determină, ca şi în cazul cel orlalte aparate, existenţa sau nu a îngrădirilor de protecţie şi poate, în cazul î n care acestea se impun, să conducă la consum mai mare de teren. 

Influenţa căilor de curent ş i a izolaţiei În instalaţiile exterioare se folosesc aproape exclusiv două categorii de conductoare: - Conductoare flexibile, de genul celor folosite la liniile electrice aeriene; - Conductoare rigide care la tensiuni mari sunt sub forma de ţ evi, iar la tensiuni medii şi curenţi mari au forma unor combinaţ ii de profile standard. Conductoarele flexibile pot fi montate în toată gama deschiderilor care apar la instalaţiile de tip exterior şi nu transmit vibraţii şi şocuri că tre aparatele la care sunt racordate. Folosirea lor la deschideri mari reduce numărul de izolatoare neces ar e, ele necesită distanţe mari între faze. Conductoarele r igide necesită distanţe între faze mai mici şi pot fi uşor construite şi la valori mari ale intensităţii curentului(peste 500 A).Pot urmări trasee mai complicate decât conductoarele flexibile, însă numă rul de izolatoare necesar este mai mare decât al conductoarelor flexibile.O soluţie extrem de folositoare a conductoarelor rigide este construirea lor pentru deschideri mari sub formă de gr inzi cu ză brele. 

Influenţa schemei monofilare, a restricţiilor de spaţiu şi a tensiunii asupra soluţ iilor constructive de instalaţii exterioare Schema monofilară determină, î n mod ferm, soluţii constructive prin: - prezenţa sau lipsa întreruptoarelor - numărul de bare colectoare - necesitatea şuntării întreruptorului de pe circuit poate de asemenea reduce numărul de soluţii constructive aplicabile numai la cele la care acest lucru este posibil - Restricţiile de teren pot impune soluţii de tip î nalt sau amplasarea barelor de transfer pe o singură parte a barelor colectoare şi supratraversarea întregii staţii de că tre toate circuitele ce merg în partea opusă, mărindu -se astfel numărul de nivele de tensiune ale staţ iei; - Tensiunea influenţează soluţia constructivă î n mod indirect prin gabaritul ş i greutatea echipamentului. La tensiuni foarte mari, acestea pot impune numai soluţ ii de tip scund. 

Diversitatea mare de soluţii constructive pentru instalaţ iile exterioare poate fi ordonată î n diferite clase, du păurmătoarele criterii: A. După numărul de nivele de tensiune pe vertical avem: -instalaţii cu trei nivele de tensiunepe vertical, folosite mai puţin î n ultima vreme, dar existente în instalaţiile mai vechi; - instalaţii cu două nivele de tensiune pe vertical, mai avantajoase ş i deci, mai mult folosite în instalaţii noi. 35


B. După înălţimea faţă de sol la care se montează echipamentul vom avea: -soluţii de tip î nalt la care separatoarele de bare se montează la 5 până la 10 m înălţime de sol ş i care au aplicabilitate acolo unde se pun restricţii cu privire la suprafaţa folosită .Aceste soluţii presupun costuri mai mari pentr u cadrele de susţinere şi o serie de dificultăţi în exploatare, datorită unei accesibilităţ i mai reduse a echipamentului. -soluţii de tip semiî nalt, la care separatoarele de bare se montează la înălţ imile minime impuse de renunţarea la îngrădire de protecţ ie.Aceleaşi înălţimi se folosesc ş i la amplasarea transformatoarelor de curent şi a întreruptoarelor, predominând totuşi amplasarea lor pe fundamente înalte, mai ales la tensiuni de 110 şi 220 kV .Instalaţiile din această categorie au căpătat o dezvoltare mai mare sub mai multe variante, în special datorită faptului că echipamentul este uşor accesibil şi se poate revizui, repara ş i schimba comod.Documentul de aplicare a acestei categorii de soluţii este cel al tensiunilor de până la 220 kV ş i chiar mai sus. -soluţiile de tip scund(jos) sunt cele la care echipamentul se montează în întregime la sol, instalaţiile fiind dezvoltate pe orizontal, cadrele de susţ iner e fiind mai simple şi, deci, mai ieftine.[5] În cazul soluiilor constructive de tip înalt, acestea sunt de o mare diversitate, folosirea lor fiind însă mai redusă, în special datorită dificultăţilor î n exploatare. Prin avantajele pe care le oferă instalaţiile de tip semiînalt, precum şi prin faptul că se aplică la o gamă largă de tensiuni, acestea sunt cele mai folosite soluţii constructive pentru staţiile de distribuţie exterioară de înaltă tensiune.Aceasta face ca şi diversitatea instalaţiilor de acest tip să fie mare. Separatoarele se montează pe suporţii instalaţiei de până la 2.5 m, iar întreruptoarele şi transformatoarele de măsură se montează pe fundamente joase, în special pentru a uş ura transportul, manipularea ş i exploatarea lor. Instalaţiile cu bare colectoare simple sunt comod de realizat şi rezultă compact, fără a pune problema de utilizare a spaţiului. Îninstalaţiile de tip scund, separatoarele de bare şi întreruptoarele se montează pe suporţi scunzi în apropierea solului, necesitând suprafeţe mai mari decât celelalte soluţ ii.Pornind de la faptul ca circuitele de la aceste trepte de tensiune tranzitează puteri relativmari şi funcţionarea lor este importantă pentru sistemul energetic, ele sunt controlate în mai toate cazurile de mai mult de un întreruptor pe circuit. Schemele acestor instalaţ ii vor fi deci cu 2 sau 1.5 intreruptoare pe circuit sau de tip poligonal. Reducerea lăţimii staţiei la folosirea schemei cu 1.5 întreruptoare pe circuit la o staţie cu puţine circuite se poate face printr-o judicioasă amplasare în plan a echipamentului ş i folosirea barelor rigide. În instalaţiile cu bare de transfer, la care se racordează multe circuite, se folosesc frecvent scheme cu bare de transfer. Acestea pot fi introduse la toate soluţiile constructive prezentate anterior , fiind mai mult sau mai puţin de sine stătă toare.Obligatoriu în celulele circuitelor care se racordează la barele de transf er, apare separatorul de linie ş i separatorul barei de transfer.Amplasarea acestor separatoare în partea întreruptorului opusă barelor colectoare nu pune probleme deosebite. O problemă o constituie însă creş terea dimensiunilor celulei. 36


2. Soluţii constructive pentru staţii electrice de înaltă ş i foarte înaltă tensiune interioară : a) Staţiile electrice de înaltă şi foarte înaltă tensiune interioară de tip deschis sunt în mod obişnuit folosite pentru tensiuni de 110 kV; în trecut se foloseau şi pentru staţii de 220 kV şi în mod excepţional 400 kV.Structurile constructive ale instalaţ iilor electrice interioare deschise sunt în general de tip hală ş i de tip etajat. Cel mai frecvent se utilizează soluţia de tip hală, fără pereţi intermediari, deoarece asigură o bună vizibilitate şi deci o bună exploatare.Soluţiile de tip etaj se folosesc când suprafaţa de teren disponibilă este redusă ş i, ca urmare, instalaţia nu poate fi realizată pe un singur nivel. Dimensiunile celulelor depind de tensiune, schema de conexiune, gabaritele şi tipurile aparatelor folosite. b) Soluţii constructive pentru montarea transformatoarelor de putere O staţie de transformare este formată din două sau mai multe instalaţii electrice de distribuţie ş i unul sau mai multe transformatoare de putere de interconexiune. Numărul instalaţiilor de distribu ţie este egal cu numărul nivelurilor de tensiune din circuitele primare ale staţiei.Transformatoarele (autotransformatoarele) de forţă de interconexiune realizează legăturile electrice între instalaţiile de distribuţie şi transformă parametrii energiei electrice tranzitate. Într-o instalaţie de transformare,de obicei sunt unul sau două transformatoare de interconexiune. Dacă staţia de transformare are două nivele de tensiune (respectiv două instalaţii de distribuţie), transformatoarele de forţă sunt cu două înfăşurări. Dacă staţia are trei niveluri de tensiune, transformatoarele (autotransformatoarele) de interconexiune au trei înfăşurări, dar pot fi utilizate şi mai multe transformatoare cu două înfăşurări; soluţia optimă depinde de tranzitul de putere într e diferitele tensiuni , siguranţa î n exploatare, etapizarea instalaţ iei etc.Dacă staţia are mai mult de trei niveluri de tensiune (respectiv peste 3 instalaţii de distribuţie), de exemplu staţia este de 220/110/20/6 kV, se folosesc alte transf ormatoare pentru legătura cu cea de a patra instalaţie de distribuţ ie(de exemplu de 110/20 kV de la care sunt racordate liniile electrice aeriene de electrificare rurale de 20 kV) Transformatoarele de forţă pot fi montate în exterior sau dacă nu este posi bil se montează în interiorul unei clă diri.În mod obiş nuit, nu se montează în interiorul transformatoarelor cu o putere mai mare de câţiva zeci de MVA.

37


4.

ARHITECTURI SCADA PENTRU STAŢII ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE -studiu documentar-

4.1 SCADA (generalităţi)

SCADA este prescurtarea pentru Monitorizare, Control şi Achiziţ ii de Date (Supervisory Control And Data Acquisition). Termenul se referă la un sistem amplu de măsură şi control.Automatizările SCADA sunt folosite pentru monitorizarea sau controlul proceselor chimice,fizicesaude transport. În domeniul energetic termenul SCADA se referă de obicei la un centru de comandă care monitorizează şi controlează un întreg spaţiu de producţ ie. Cea mai mare parte a operaţiunilor se execută automat de către RTU sau de către PLC. RTU3 realizează conexiunea cu echipamentele supravegheate, citesc starea acestora (cum ar fi poziţia deschis/închis a unui releu sau a unei valve), citesc mărimile măsurate cum ar fi presiunea, debitul, tensiunea sau curentul.RTU pot controla echipamentele, trimiţând semnale, cum ar fi cel de închidere a unui releu sau valve sau setarea vitezei unei pompe. RTU pot citi stări logice digitale sau măsurători analogice ş i pot trimite comenzi digitale sau setări de valori analogice de referinţă. Un PLC4este un mic computer cu un microprocesor folosit pentru automatizarea proceselor cum ar fi controlul unui utilaj într-o linie de asamblare. Programul unui PLC poate adesea controla secvenţe complexe ş i de cele mai multe ori este scris de că tre un inginer. Programul este apoi salvat în memoria EEPROM5. Ceea ce diferenţiază un PLC de alte computere este fa ptul că este prevăzut cu intrări/ieşiri către senzori ş i relee.PLC-urile citesc starea comutatoarelor,a indicatoarelor de temperatură, de poziţie ş.a. PLC-urile comandă motoare electrice, pneumatice sau hidraulice, relee magnetice. Intrările/ieşirile pot fi externe prin module I/O sau interne. PLC-urile au fost inventate ca o alternativă mai puţ in costisitoare la vechile sisteme care f oloseau zeci sau sute de relee ş i timere. Adesea, un PLC poate fi programat să înlocuiască sute de relee. PLC au fost iniţial folosite de industria constructoare de maş ini. Funcţionalitatea unui PLC s-a dezvoltat de-a lungul anilor pentru a include controlul releelor, controlul mişcării, control de proces, sisteme de control distribuit şi reţ ele complexe.La primele PLC-uri f uncţiile decizionale erau implementate cu ajutorul unor simple

3

RTU - Unitatile Terminale Comandate la Distanta - (Remote Terminal Unit) PLC - Unităţi Logice de Control Programabile (Programmable Logic Controller) 5 EEPROM- Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (un tip de memorie nevolatilă folosită în calculatoare i alte echipamente electronice pentru a stoca date ce trebuie să persiste i după întreruperea alimentării cu curent, de ex. datele de configurare pentru un ruter sau switch) 4

38


diagrameladder 6inspirate de diagramele electrice ale conexiunilor. Astfel electricienilor le era uşor să depaneze problemele de circuit având diagramele schematizate cu logica ladder. În prezent, linia ce delimitează un computer programabil de un PLC este tot mai subţ ire. PLC-urile s-au dovedit a fi mai robuste, în timp ce computerele au încă deficiente. Folosind standardul IEC 61131-3 acum este posibilă programarea PLC folosind limbaje de programare structurată şi operaţ ii logice elementar e. La unele PLC este disponibilă programarea grafică denumităSFC7 bazată pe Grafcet. Industria de HMI/SCADA8a apărut din nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator într-un sistem alcătuit cu unităţ i PLC. Un PLC este programat să controleze automat un proces, însă faptul că unităţile PLC sunt distribuite într-un sistem amplu, colectarea manuală a datelor procesate de PLC este dificilă. De asemenea, informaţiile din PLC sunt de obicei stocate într-o fo rmă brută, neprietenoasă.HMI/SCADAare rolul de a aduna, combina şi structura informaţiile din PLC printr-o formă de comunicaţie. Încă din anii ` 90, rolul sistemelor SCADA în sistemele inginereşti civile s-a schimbat, necesitând o mai mare cantitate de oper aţiuni executate automat. Un HMI elaborat, poate f i de asemenea conectat la o bază de date pentru realizarea de grafice în timp real, analiza datelor, proceduri de întreţ inere planificate, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum ş i metode de depanare a sistemului. Din 1998, majoritatea producătorilor de PLC oferă sisteme HMI/SCADA integrate, cele mai multe folosind sisteme de comunicaţie ş i protocoale deschise, neproprietare. Majoritatea sistemelor HMI/SCADA oferă compatibilitate cu PLC-urile. Achiziţia de date începe la nivelul RTU sau PLC şi implică citirea indicatoarelor de măsură şi a stării echipamentelor care apoi sunt comunicate la cerere către SCADA. Datele sunt apoi restructurate într- o formă convenabilă operatorului care utilizează o HMI, pentru a putea lua eventuale decizii care ar ajusta modul de lucru normal al RTU/PLC. (Un sistem SCADA include componentele: HMI, controllere, dispozitive de intrare-iesire, reţele, software şi altele). Unsistem SCADA tipic implementează o bază de date distribuită care conţ ine elemente denumite puncte. Un punct reprezintă o singură valoare de intrare sau iesire monitorizată sau controlată de către sistem. Punctele pot fi atât hard, cât şi soft.Un punct hard este reprezentarea unei intrari sau ieşiri conectată la sistem, iar un punct soft reprezintă rezultatul unor operaţii matematice ş i logice aplicate altor puncte hard ş i soft. Valorile punctelor sunt stocate de obicei împreună cu momentul de timp câ nd au fost înregistrate sau calculate. Seria de puncte-timp reprezintă istoricul acelui punct. Achiziţionarea unui sistem SCADA, denumit şi DCS9, poate fi făcută de la un singur producător sau utilizatorul poate asambla un sistem SCADA din subcomponente.

6

Diagramele “Ladder”(Ladder Diagram) sunt folosite de obicei în sistemele logice de control industrial. Denumirea de ladder (din engleză: scară) vine de la asemanarea acestora cu o scară: două linii verticale desemnând sursa de putere şi linii orizontale reprezentând circuite de control. 7 SFC (Sequential function chart)- modalitate de descriere grafică a unui sistem logic secvenţial, fiindutil datorită generalităţii şi facilităţilor de care dispune, spre exemplu posibilitatea descrieriisecvenţ elor paralele. 8 9

HMI - Interfata om-maşină (Human Machine Interface) DCS- Sistem de control distribuit (Distributed Control System)

39


4.2.Sarcinile sistemelor SCADA

Sarcinile principale ale unui sistem SCADA destinat conducerii operative a reţ elelor electrice pot fi grupate în urmă toarele trei categorii[8 ,13] a) Informarea de ansamblu a dispecerului asupra topologiei şi stă rii sistemului energetic condus, prin intermediul interfeţelor om - maşină (MMI, Man – Machine Interface) b) Alarmarea în cazul producerii unor evenimente care trebuie luate în considerare în mod imediat; c) Informare pentru analize post avarie, prin reţinerea unui is toric de evenimente produse într-o anumită perioadă de timp, însoţ ite de momentul producerii lor. Îndeplinirea acestor sarcini implică realizarea, de către sistemul SCADA a următoarelor operaţiuni: - culegerea de informaţii asupra stă rii sistemului energetic, prin intermediul interfeţelor de achiziţie corespunzătoare ; - transferul informaţiilor că tre punctele de comandă şi control; - validare, prelucrare, afişare şi arhivarea datelor; - elaborarea şi executarea de telecomenzi în instalaţ ii, ceea ce permite operatorului să supravegheze funcţionarea instalaţiilor în timp real, ş i să intervină de la distanţă dacă consideră că este necersar. Sistemele informatice de tip SCADA include, în principal, următoarele funcţii: - achiziţia şi teletransmiterea datelor; - prelucrarea primară a datelor; - elaborarea telecomenzilor; - alarmarea; - înregistrarea secvenţelor de evenimente; - înregistrarea instantanee de evenimente; - revista postfactum; - interfaţa cu utilizatorul; - supravegherea stării sistemului informatic Achiziţia şi teletransmisia datelor Transferul de date se realizează fie prin legă turi simple punct la punct, fie prin reţ ele locale (LAN ) sau reţele extinse (WAN). Aceste transmisii se efectuează pe baza unor protocoale de comunicaţii standard utilizând interfeţe de comunicaţie.[12] 

Prelucrarea primară a datelor: Funcţia de prelucrare primară a datelor asigură stocarea datelor în timp real în bazele de date, precum şi verificarea şi precizarea calităţii şi plauzibilităţii informaţiei codate ca de exemplu ieşirea din f uncţiune, depăşirea de limită, informaţie eronată , etc.[13] 

40


Elaborarea comenzilor: Sistemul SCADA permite dispecerilor ca prin intermediul RT-urilor sale amplasate în staţii şi centrale electrice să transmită comenzi către diverse echipamente cum ar fi: 

-întreruptoare(închis/deschis) -separatoare acţionate cu motor electric(închis/deschis) -baterii de condensatoare(conectat/deconectat) -reglajul bobinelor de stingere - valori de consemn pentru echipamente de automatizare, reglare şi protecţii Alarmarea: Funcţia de alarmare este destinată avertizării operatorului de producerea unor evenimente care trebuie tratate în mod imediat. 

Sistemele moderne conţin funcţii de alarmare performante, realizate cu elemente de inteligenţă artificială, capabile să identifice cauza primară a unui set de evenimente şi să prezinte astfel dispecerului o situaţie cât mai clară a avariei.[ 9,6] Înregistrarea instantanee de date: O înregistrare instantanee de date constă în citirea aproape instantă a unor puncte selectate de operator sau a întregii baze de date ş i apoi salvarea lor pentru a fi arhivate mai târziu şi a fi utilizate în analize de reţ ea sau pe simulatorul pentru pregătirea operatorilor. Aceste înregistrări pot fi ef ectuate la cerere sau ca urmare a producerii unor tipuri de evenimente preselectate.[7] 

Componentele unui sistem SCADA: Cele trei componente ale sistemului SCADA sunt: 1. Mai multe RTU sau PLC. 2. Staţia Master şi HMI Computer(e). 3. Infrastructura de comunicaţie. Staţia Master şi HMI

Termenul se referă la serverele şi software-ul responsabil de comunicarea cu echipamentele amplasate la distanţă (RTU, PLC, etc) şi apoi cu software-ul HMI care rulează pe staţiile de lucru din camera de control. În sistemele SCADA mici, staţia master poate fi un singur PC. În sistemele mari, staţia master poate include mai multe servere, aplicaţii software distribuite şi unităţi de salvare î n caz de dezastre. Pachetul HMI/SCADA include, de obicei, un program de desenare pe care operatorul sau personalul de întreţinere îl foloseş te pentru a schimba modul în care punctele sunt reprezentate în interfaţ a de utilizator. Aceste reprezentări pot lua forme simple cum ar fi un semafor sau chiar forme complexe cum ar fi poziţia unor lifturi sau a unor trenuri. Infrastructura de comunicaţ ie

Sistemele SCADA folosesc combinate conexiuni radio, seriale sau conexiuni modem în funcţie de necesităţi. Pentr u amplasamente mari cum ar fi căi ferate sau staţii de alimentare sunt folosite de asemenea conexiuni Ethernet ş i IP/Sonet. 41


Protocoalele SCADA sunt concepute foarte compact pentru a putea trimite informaţii staţiei master chiar şi când staţia master interoghează RTU. Protocoalele iniţiale SCADA de bază sunt Modbus, RP-570 şi Conitel.Aceste protocoale sunt dependente de producător.Protocoalele standard su nt IEC 60870-5-101 sau 104, Profibus şi DNP3.Acestea sunt protocoale standardizate ş i re cunoscute de majoritatea producă torilor SCADA.Multe din aceste protocoale conţ in acum extensii pentru operarea pe TCP/IP, cu toate acestea securitatea cerută în practică sugerează evitarea conexiunii la Internet pentru a reduce riscurile unor atacuri.

Figura 4.1. Structura de principiu a unui sistem SCADA

4.3 MODBUS

Modbus este bazat pe o arhitectura master/slave sau client/server. Protocolul este conceput de Modicon pentru a fi folosit la PLC-urile proprii. A devenit un standard de comunicaţie în industrie ş i este, în prezent, cel mai folosit la conectarea tuturor dispozitivelor industriale. Motivele cele mai importante pentru utilizarea acestuia atât de raspândită su nt: 1. este un protocol deschis, cu documentaţie disponibilă 2. poate fi implementat într-un timp scurt (zile, nu luni) 3. lucrează cu biţi sau octeţi şi în acest fel nu impune cerinţe deosebite producă torilor. 42


Modbus permite administrarea unei reţ ele de dispozitive, spre exemplu un sistem care măsoară temperatura şi umiditatea pe care le comunică unui computer. Modbus este deseori folosit pentru a conecta un computer de supervizare cu un RTU dintr-un sistem de monitorizare şi achiziţie de date SCADA. Există versiuni ale protocolului MODBUS atât pentru portul serial, cât şi pentru Ethernet. MODBUS exista în 2 var iante pentru comunicarea serială:  Modbus RTU - datele sunt reprezentate binar într-o formă compactă. Modbus ASCII- datele sunt reprezentate ASCII într-o formă uşor interpretabilă  direct. Varianta RTU foloseşte ca sumă de control pentru mesaje CRC(Cyclic redundancy check), iar varianta ASCII foloseşte LRC (Longitudinal redundancy check). Versiunea pentru Ethernet, Modbus/TCP este similară cu Modbus RTU, dar datele sunt transmise în pachete TCP/IP. Există şi o versiune extinsă , Modbus Plus (Modbus+ sau MB+), dar este proprietara Modicon. Necesităun co-procesor dedicat rapid. Foloseş te perechi torsadate la 1Mbit/s şi are specificaţii similare cu EIA/RS -485, totuşi nu este EIA/RS-485. Orice dispozitiv care comunica folosind Modbus are o adresă unică . Orice dispozitiv poate trimite comenzi, dar, de obicei, doar dispozitivul-master o face. O comandă Modbus conţine adresa dispozitivului căruia îi este adresată . Doar dispozitivul apelat va raspunde la această comandă, chiar dacă comanda este primită şi de alte dispozitive. Comenzile Modbus conţin informaţ ii de verificare pentru a se asigura de veridicitatea răspunsului. Exemple de comenzi sunt comanda care schimbă o valoare într-un registru al RTU sau comanda care cere RTU să -i furnizeze o valoare conţinută de un registru.Diversele implementari ale Modbus folosesc fie f ire pentru transmisie, comunicaţii fără fire, SMS sau GPRS. Majoritatea implementărilor au variaţ ii de la standardul oficial. 4.4Sistemul MicroSCADA

Mecanismul de autorizare este instrumentul prin care se realizează accesul diferenţiat al operatorilor în aplicaţie. În funcţie de nivelul de autorizare, fiecărui operator îi este permis un pachet bine definit de operaţii în aplicaţie. Acest mecanism a fost creat pentru a preveni accesul unor persoane neautorizate în aplicaţie. Accesul fiecărui operator este definit în funcţie de apartenenţa lor la două grupuri de autorizare: general şi operator .  Grupul generaleste format din persoane ce sunt autorizate să aibă acces la funcţii cu caracter general: blocare semnale, confirmare alarme, inginerie, adăugare sau eliminare operatori. Grupul operator este format din persoane care sunt autorizate să aibă acces la comenzi  care privesc operarea aparatajului primar: comenzi conectare sau deconectare, şuntare interblocaje, şuntare control sincronism, introducere manuală a poziţiei echipamentului etc. Ierarhizarea în cadrul fiecăruia din aceste grupuri se face prin definirea unor niveluri de autorizare, de la 0 la 5 pentru grupul general şi de la 0 la 2 pentru grupul operator. 43


În funcţie de nivelul său de autorizare, un utilizator are sau nu acces la o funcţie MicroSCADA.Blocarea accesului utilizatorului la o funcţie se face prin alocarea nivelului 0 de autorizare.Nivelul de comandă MicroSCADA desemnează locul de unde poate fi realizată comanda unui echipament primar de comutaţie (întreruptor, separator sau CLP). În ordinea de prioritate există următoarele patru nivele de comandă: -Dispecer -Staţie (camera de comandă) -Cabina de relee -Local Prin prioritate se înţelege capacitatea unui nivel de a lua coman da altui nivel. Nivelul Local este nivelul cu prioritatea cea mai mare. O remarcă specială trebuie făcută în ceea ce priveşte nivelul “Dispecer”: acesta se transmite dela nivelul staţie către dispecer (deci el de “dă” de la staţie la dispecer şi se “ia” de dispecer de la staţie). În acelaşi timp trebuie precizat că la nivel “Dispecer” se transmite comanda la nivel global (de staţie sau de celulă) şi nu la nivel individual (de întreruptor, separator sau CLP). Elementele grafice generale ale unei aplicaţii MicroSCADA cuprinde elementele generale, care apar în toate ecranele aplicaţiei respective. Aceste elemente generale sunt: bara activă, bara meniu hederul, bara alarme. Bara activă nu aparţine efectiv aplicaţiei, fiind specifică aplicaţiilor Windows.Ea conţine numele aplicaţiei şi numărul monitorului.Bara meniu conţine meniul standard care permite navigarea în întreaga aplicaţie. În afara capitolelor de comenzi, bara meniu poate conţine un număr de butoane de comandă cu sarcini specifice, care trebuie să poată fi executate într -un punct oarecare al aplicaţiei (de exemplu listă alarme, anulare semnalizare acustică). Header-ul este linia de afişaj situată imediat sub bara meniu şi este o prezentare particulară fiecărui ecran al aplicaţiei. O zonă specifică este semnalizare alarme: la apariţia unei alarme din proces operatorul este anunţat printr -un semnal, indiferent de ecranul în care se găseşte. Bara alarme are un rol de avertizare, similar într-o oarecare măsură cu indicatorul optic de semnalizare din header. Bara de alarme este situată imediat sub header, cu excepţia ecranelor ce monitorizează mărimile aplicaţiei, şi conţine un text în care este explicitată alarma şi un buton de confirmare a alarmei. Atunci când, al un moment dat, sunt active mai multe alarme, numai explicarea ultimei va fi afişat. În această situaţie poate fi obţinută o listă de alarme care conţine toate alarmele neconfirmate la momentul respectiv. Dialogurile dintre operator şi sistem se realizează prin intermediul unor elemente grafi ce specifice: butoane (cu două poziţii, radio, butoane reprezentări complexe), liste derulante, câmpuri de date, selector grupă reglaje, indicator poziţie (RAR, teleprotecţie), indicator stare etc.

44

ARHITECTURI SCADA PENTRU MONITORIZAREA I TELECONDUCEREA STAIILOR ELECTRICE 4.5 Arhitectura sistemelor SCADA pentru conducerea reţelelor electrice 4.5.1.Aspecte generale

Cel mai simplu sistem SCADA este master – slave denumit şi sistemul unu la unu, care este compus dintr-un singur calculator coordonator, numit master care este prevăzut cu interfeţe pentru dialog cu operatorul, interfeţe de transmisii de date ş i un calculator de proces, numit slave, tip RTU, prevăzut cu interfeţe de proces (pentru intrări şi ieşiri analogice şi numerice) şi o interfaţă de comunicaţii.[11] Acest sistem conţineun număr limitat de RTU-uri, folosit pentru staţiile electrice de dimensiuni medii.

Fig 4.2 Sistem SCADA unu - la - unu

Pentru supravegherea unor reţele de distribuţie extinse cu un număr mare de staţii electrice, este necesară majorarea numărului de RTU-uri, a numărului de programe de aplicaţ ii, acest sistem numindu-se multi-master . Utilizatorii cei mai importanţi ai sistemelor SCADA sunt dispecerii energetici de distribuţ ie. Informaţ iile furnizate de sistemul SCADA sunt ultilizate ş i de personalul care se ocupă de sistemul de protecţ ii, întreţinerea staţiilor, factur area consumurilor de energie, cât şi de conducerea administrativă a î ntreprinderii. Din această cauză, în proiectarea sistemelor de supraveghere tip SCADA, se are în vedere ca să nu se limiteze volumul informaţiilor ş i datelor culese din teren, existând întotdeauna posibilitatea extinderilor viitoare a volumului de date prelucrate şi implementarea de noi funcţ ii de sistem [13]. 45


4.5.2. Reţele de transmisii de date î n cadrul sistemelor SCADA

Nodurile de prelucrare ale unui sistem SCADA sunt interconectate prin magistrale de comunicaţii, constituite în reţ ele de transmisii de date, care în funcţie de suprafaţa pe care o acoperă, procedurile şi interfeţ ele standard utilizate sunt denumite reţ ele locale(LAN- Local Area Network) sau reţele extinse(WAN- Wide Area Network).Astfel de echipamente de calcul aferente unui anumit proces tehnologic sau unui centru de conducere care ocupă o suprafaţă relativ mică (de exemplu o clădire sau un grup de clă dir i) se interconectează prin L AN – uri ce utilizează ca suport de transmisie a datelor, cabluri ecranate cu fire torsadate, cabluri coaxiale sau cabluri cu fibră optică.[10] Interconexiunea echipamentelor de calcul cu reţ eaua de transmisii de date se realizează prin interfeţe standardizate, pentru a se asigura astfel o compatibilitate între diversele echipamente informatice produse de firme. Dintre cele mai uzuale standarde de interfaţare folosite în comunicaţia serială, menţ ionam standardele: RS 232C, RS 485, RS 422, bucla de curent, field buss, etc. Legătura dintre diversele reţ ele locale(LAN-uri) se realizează, în general, prin intermediul reţelelor de comunicaţii extinse(WAN), reţele care utilizează ca suport de transmisie a datelor, fie prin liniile telefonice(închiriate sau comutate), fie prin liniile electrice aeriene (curenţi de înaltă frecvenţă) sau fie prin undele radio sau reţ elele de cabluri cu fibră optică.[10,11,13]. 4.5.3. Particularităţile sistemelor SCADA utilizate în sisteme electroenergetice

Funcţii: a. Achiziţia şi transferul de date Funcţia este utilizată pentru a asigura interfaţa sistemului informatic destinat conducerii operativa a instalaţiilor cu echipamentele de achiziţie de date şi alte sisteme informatice externe. În cadrul acestei funcţii se realizează: -culegerea şi transmiterea informaţiilor din instalaţii; -recepţia informaţiilor şi schimbul de date cu alte trepte de conducere operativă sau alte sisteme informatice; -controlul plauzibilităţii şi validarea datelor achiziţionate. b. Înregistrarea secvenţială a evenimentelor O serie de echipamente din instalaţiile energetice pot fi selectate pentru înregistrarea secvenţială: orice modificare a stării acestora, considerată ca eveniment, va fi înregistrată.

Datele provenind din această înre gistrare sunt tratate separat de cele referitoare la schimbările normale de stare, ele nefăcând parte din procesul de tratare a alarmelor, ci sunt stocate şi raportate separat. c. Prelucrarea datelor Această funcţie include următoarele acţiuni: -prelucr area de date analogice: realizează convertirea acestora în unităţi tehnice şi verificarea încadrării lor între limitele prestabilite; 46


- prelucrarea datelor referitoare la stări: punerea în evidenţă a schimbării stărilor anumitor echipamente (întreruptoare, comutatoare); - prelucrarea de date de tip acumulare (energii): convertirea numărului de impulsuri provenite de la contoare în unităţi de energie; -calcule în timp real: sumări, medii, maxime şi minime pe anumite intervale de timp, bilanţuri energetice (inclusiv puterile absorbite de consumatori şi verificarea încadrării acestora în valorile contractate); se poate face şi verificarea topologică a informaţiilor. d. Revista post-factum

La intervale de timp bine precizate se citesc şi se stochează mărim ile din anumite puncte selectate de operator sau a întregii baze de date într-un fişier care conţine un număr limitat de asemenea înregistrări. La preluarea unei noi citiri, cea mai veche din fişier se pierde. În cazul producerii unui eveniment prestabilit (acţionare protecţii, deschidere întreruptor etc.) sau la cerere ştergerea ultimei informaţii este anulată; la fişierul existent se mai adaugă un număr precizat de înregistrări după momentul respectiv. Acest set de date se stochează în memorie şi se numeşte “set de revistă”. Ele conţin informaţiile referitoare la funcţionarea sistemului condus pe intervale de timp care încep înainte şi se termină după producerea evenimentului respectiv. e. Înregistrare instantanee de date La cererea operatorului sau la producerea unor tipuri de evenimente preselectat, baza de date este stocată pe disc pentru a fi folosită în diferite scopuri. f. Istoricul funcţionării Prin această funcţie se realizează actualizarea şi completarea bazelor de date. Pentru crearea, întreţinerea şi accesul în sistemul de informaţii istorice se utilizează, în mod normal, un sistem de gestiune a bazelor de date accesibil comercial, cum ar fi ORACLE. g. Telecomanda, telereglaj în instalaţii Prin intermediul sistemului operatorul poate telecomanda echipamentele din instalaţie: întreruptoare (închis/deschis), separatoare acţionate cu mecanism de acţionare (închis/deschis), baterii de condensatoare (conectat/deconectat), poziţie comutator de ploturi la transformatoare (creşte/scade), valori de consemn, reglaj bobine de stingere. h. Marcarea

“Marcarea” unui echipament este semnalizarea vizuală asupra acestuia pe o schemă reprezentată pe display care arată că este interzisă comanda acestui echipament sau că trebuie realizată cu atenţie. Este posibil să se execute marcarea unui echipament până la patru niveluri: -interzisă comanda; -interzisă comanda de închidere; -interzisă comanda de deschidere; -comada permisă, dar se recomandă atenţie. i. Interfaţa cu utilizatorul Pentru realizarea interfeţei cu utilizatorul se pot utiliza: 47


1. Console display cu grafică completă, care poate avea următoarele echipamente: -consola operator (2-3 monitoare); -consola de programare-planificare (1 monitor); -consola programator (1-2 monitoare); -consola pentru baza de date (1 monitor); -consola pentru întreţinerea reprezentărilor grafice (1 monitor); -consola pentru management (1 monitor). 2. Echipamente de imprimare 3. Copiatoare video. j. Prelucrarea şi gestiunea alarmelor Alarmele detectate de sistemul SCADA sunt prelucrate astfel încât condiţiile de alarmă importante să fie transmise într -o manieră clară şi concisă numai la consolele care au nevoie de aceste informaţii. k. Afişarea pe panou sinoptic: Această funcţie este opţională. l. Prelucrarea parolelor Această funcţie asigură gestionarea accesului utilizatorilor potenţiali în sistemele informatice pe care sunt implementate sistemele SCADA, sau la anumite funcţii ale acestora. m. Supravegherea stării sistemului informatic Funcţia asigură supravegherea stării de funcţionare a sistemului informatic, ca şi a diferitelor componente ale acestuia.Toate stările anormale în funcţionare, precum şi diagnosticarea defectelor vor fi semnalizate operatorului şi administratorului de reţea. 4.5.4. Sisteme SCADA pentru conducerea staţiilor electrice

Un sistem de protecţie, control şi monitorizare a staţiilor electrice de înaltă tensiune este sistemul Panorama Station Automation al firmei ABB. Acest sistem se compune din trei subsisteme distincte: 1. Subsistemul de comandă -control al staţiei (SCS) 2. Subsistemul de monitorizare a staţiei (SMS) 3. Subsistemul de măsurare a energiei (Meetering System) Funcţionarea acestor trei subsisteme este strâns legată de un ansamblu de terminale ce realizează funcţiile de protecţie, control şi monitorizare la nivel de celulă. 1. Sistemul de comandă-control al staţie are următoarele funcţii principale: -Comanda aparatajului primar de către operatorul din staţie sau direct de către dispecer. Ca rezervă la comanda prin sistem este prevăzută posibilitatea comenzii echipamentelor de la cabina de relee. -Informarea operatorului cu privire la funcţionarea echipamentelor primare şi secundare din staţie. 48


-Monitorizarea şi înregistrarea parametrilor care definesc funcţionarea staţiei în orice moment.

El este situat în camera de comandă a staţiei şi reprezintă punctul de lucru al operatorului din camera de comandă; El poate fi accesat de către dispecer (DET sau DEN) p rin intermediul echipamentelor de transmisie de date. Transmiterea comenzilor către aparatajul primar se realizează, după verificarea blocajelor de celulă sau staţie şi condiţiilor de sincronizare, se face prin intermediul terminalelor de comandă (REC 561) amplasate câte unul la fiecare celulă. Pentru a se evita ca ieşirea din funcţiune a REC-ului unei celule să afecteze blocajele la nivelul staţiei, s -a convenit ca o celulă al cărei REC este scos din funcţie (dintr -un motiv oarecare) să nu mai fie luată in considerare de către celelalte REC-uri la evaluarea blocajelor generale ale staţiei. Aceasta impune ca operatorul să evalueze el însuşi dacă sunt verificate condiţiile de blocaj referitoare la celula sau celulele al căror REC este scos din funcţie, prin verificare pe teren a poziţiei aparatajului aferent acestor celule. Această situaţie este amintită permanent operatorului printr-un mesaj. Verificarea blocajelor la nivelul staţiei este realizată independent de funcţionarea sistemului central prin comunicaţia între toate REC-urile staţiei. 2. Sistemul de comandă-control al staţiei conţine următoarele componente: a. Aplicaţia MicroSCADA se constituie ca interfaţă om -maşină între operator şi procesul condus (echipamentele primare şi secundare ale staţiei). MicroSCADA este un soft specializat realizat de firma ABB pentru conducerea staţiilor electrice. b. Un calculator personal pentru comanda la nivel de staţie, situat în camera de comandă. Acesta reprezintă controlerul sistemului şi constituie suportul hard pe care rulează aplicaţia MicroSCADA. Totodată el reprezintă consola operator a sistemului. c. Un calculator personal utilizat pentru comunicaţia cu dispecerul. Prin intermediul acestuia dispecerul poate exercita controlul direct asupra echipamentelor staţiei. El reprezintă suportul hard pe care rulează aplicaţia MicroSCDA a DET. d. Terminalele de celulă, care realizează următoarele funcţii: -comanda efectivă a aparatajului primar; -urmărirea funcţionării echipamentelor primare şi secundare; - protecţiile şi automatizările celulei. La nivelul unei celule sunt instalate un terminal de comandă şi control, un terminal de protecţie şi trei terminale pentru achiziţia de date şi echipamentele de comunicaţie. e. Dispozitivul de supraveghere internă a SCS care verifică funcţionarea tuturor echipamentelor aferente sistemului de comandă -control. Comanda locală de la cabina de relee asigură numai comanda şi monitorizarea aparatajului primar, fără posibilitatea obţinerii unor informaţii suplimentare privind funcţionarea echipamentelor secundare sau valoarea parametrilor staţiei.Elaborarea unei comenzi se realizează prin intermediul butoanelor de comandă amplasate pe panoul de comandă al celulei respective. Comanda locală este independentă de starea sistemului central, fiind operaţională chiar în cazul opririi acestuia sau a aplicaţiei MicroSCADA. Comunicaţia dintre terminalele de celulă şi calculatoare este realizată pe magistrala de tip LON, organizată pe principiul multi -master, care permite realizarea unei viteze ridicate de transfer de date (1,25 MB/s) şi foloseşte ca mediu fizic de transmitere fibra optică. 49


Reţeaua este folosită atât pentru comunicaţia între terminalele de celulă şi calculatoare cât şi pentru comunicaţia între diferitele terminale de celulă (pentru interblocajele staţiei). 3.Sistemul de monitorizare Acest sistem are următoarele funcţii: -setarea parametrilor şi configurarea terminalelor de la celule; -evaluarea semnalelor de defect de la terminale, care sunt îndeplinite utilizând următoarele componente: a. trei pachete de programe: - programul SMS care realizează setare parametrilor; - programul CAP 531 prin care se configurează terminalele; - programul Reval prin care se evaluează semnalizările de defect furnizate de terminale. b. Un PC (SMS Computer) pe care sunt implementate cele trei programe. c. Terminalele de celulă, ca parte componentă şi a SMS Comunicaţia între echipamentele din cadrul sistemului de monitorizare se face printr -o reţea separată, de tip SPA, caracterizată de o viteză de transfer mai mică. Spre deosebire de magistrala LON, întreruperea comunicaţiei pe magistrala SPA nu este semnalizată de MicroSCADA deoarece nu reprezintă un pericol imediat pentru sistemul de conducere-control

50


5.CONCLUZIE

Am constatat că o soluţie constructivă pentru staţia de 220/110 kV este să alegem o schemă cu 1 BC şi o cuplă longitudinală deorece configuraţ ia acestei scheme este mai simplă şi numărul de aparate este mai redus, prin urmare, atât suprafaţa staţiei este mai mică, cât ş i costurile staţiei sunt mai reduse . Prin folosirea cuplei longitudinale cu două separatoare şi un întreruptor

creş tem

sigur anţa funcţionării staţ iei printr-o investiţie relativ mică , o elasticitate şi o siguranţă maximă în exploatare, astfel obţinem o staţie cu un grad de fiabilitate ridicat şi investiţii reduse. Pentru modernizarea staţiei electrice, una dintre cele mai bune metode la ora actualăeste

realizeazată prin implementarea arhitecturilor SCADA . Aceasta se face atât pentru protecţia, supravegherea şi controlul proceselor energetice în staţiile şi posturile de transformare, cât ş i pentru un tranzit de date mult mai ridicat şi o comunicare mai bună î n teren .

Modernizarea are un efect benefic asupra SEN (Sistemul Energetic Naţional) prin faptul că reduce costurile de întreţinere a instalaţiilor din staţiile şi po sturile de transformare, reduce cheltuielile de exploatare prin scăderea consumului de energie, reduce numărul de personal prin înlocuirea factorului uman de către echipamente electrice de supraveghere, comandă şi control şi asigură o fiabilitate ridicată în funcţionarea instalaţiilor.

51


BIBLIOGRAFIE

[1]Gheorghe Comănescu, Sorina Costinaş, Mihaela Iordache, Partea electrică a centralelor şi staţiilor, Editura PROXIMA, Bucureşti, 2005 [2]*** RENELPE 022-3, Prescripţii electrice,EdituraICEMENERG, 1987

generale

de

proiectare

a

reţelelor

[3]Gh.Comănescu , M. Iordache, D. Scripcariu, M. Scripcariu, Proiectarea staţiilor electrice, Editura Printech, Bucureşti , 1998 [4] *** Colectiv PECS , Îndrumar de PEC şi SPT. Elemente pentru lucrări practice, UPB, Bucureşti, 1993. [5] I.Heinrich, D.Ivas, L. Preda, P.Buhuş, P. Gheju,Staţii şi posturi electrice de transformare, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000 [6] A.Augusiak, W. Kamrat , Automated Network Control and Supervision, IEEE Computer Aplication in Power, ianuarie, 2002 [7] T. Făgărăşan ,Sisteme pentru teleconducerea distribuită a echipamentelor din staţ iile electrice de transformare, Teză de doctorat,UP Timişoara, 1997 [8] D. B. Kack, Optical Fiber Waveguides, in: Fundamentals of Optical Figer Comunications,New York, 1976 [9] M. Moga, Sisteme i nteligente pentru conducerea reţelelor electrice, Editura AGIR, Bucureş ti, 2000 [10] Adrian Constantin Rusu, Mihaela Albu, Bogdan Nicoară, Optical fibre solutions in the Romanian Transmission Grid, Regional Conference on Electricity Distribution JukoCIRED, Zlatibor, Serbia, 2006 [11] Adrian Constantin Rusu, Mihaela Albu, Bogdan Nicoară, Soluţii bazate pe fibra optică în Reţeaua de Transport a României, Simpozionul Internaţional “Sisteme de Inteligenţă Artificială în Electroenergetică”(SIAE) 2006, Galati [12] Adrian Constantin Rusu, Mihaela Albu, Bogdan Nicoară,Soluţii bazate pe fibra optică în Reţeaua de Transport a României, Simpozionul Internaţional de Eficienţă Energetică SIEE 2006, Cluj Napoca

52

SCADA Pentru Statii Electrice

Recommend Documents