Изолаторът на мониторинговия стълб, който днес се намира на шината на подстанцията, е или пасивен структурен компонент, който не ви казва нищо, или активен сензорен възел, който ви казва всичко. Разликата между тези две описания не е маркетингово разграничение. Това е фундаментална разлика в начина, по който се вземат решенията за управление на активите на подстанциите, как се обосновават интервалите за поддръжка и колко време всъщност трае инфраструктурата между тези решения. Изборът между стандартен пост за наблюдение и интелигентен пост за наблюдение не е технологично предпочитание - това е решение за икономическия жизнен цикъл с последици за безопасността, надеждността и съответствието със стандартите IEC, които се натрупват през целия период на експлоатация. Това сравнение предоставя техническата рамка за вземане на това решение с точност, а не с предположения.
Съдържание
- Какво отличава стандартния пост за наблюдение от интелигентния пост за наблюдение на ниво компонент?
- Как стандартите IEC се прилагат по различен начин към спецификациите на стандартните и интелигентните мониторингови постове?
- Как се съпоставят стандартните и интелигентните постове за наблюдение през целия жизнен цикъл на подстанцията?
- Кои приложения на подстанциите оправдават интелигентните постове за наблюдение и кои не?
Какво отличава стандартния пост за наблюдение от интелигентния пост за наблюдение на ниво компонент?
Функционалната разлика между стандартните и интелигентните мониторингови постове е в самото тяло на изолатора на сензора, а не във външната електроника, която е прикрепена към него. Разбирането на тази разлика е от съществено значение за точната спецификация и оценката на съответствието със стандартите IEC.
Архитектура на стандартния пост за наблюдение
Стандартният изолатор за мониторингов стълб изпълнява две функции: механична поддръжка на шината и единична капацитивна точка на свързване, която подава скалиран сигнал за напрежение към външно монтиран индикатор. Вътрешната му структура се състои от:
- Епоксидна смола изолатор тяло - отлята или формована, осигуряваща диелектричната изолация между високоволтовия проводник и монтажната основа
- Вграден свързващ електрод - метална вложка в смолистото тяло, която формира свързващия капацитет. с проводника над него
- Изходен терминал - единична точка на електрическа връзка в основата на изолатора, в която се подава капацитивно разделен сигнал на напрежение
Стандартният пост за наблюдение предоставя един параметър: пропорционален сигнал за напрежение. Точността му зависи изцяло от стабилността на свързващия капацитет. , която - както е установено в изследванията на диелектричното стареене - се променя при абсорбция на влага, термични цикли и замърсяване по време на жизнения цикъл на услугата1.
Интелигентна архитектура на поста за наблюдение
Интелигентният стълб за наблюдение обединява множество сензорни функции в едно и също тяло на сензорния изолатор, допълнено от интелигентен електронен модул в основата. Вътрешната архитектура добавя:
- Многопараметричен сензорен слой - допълнителни електроди или сензорни елементи, вградени в смолистото тяло по време на леенето, които позволяват едновременно измерване на напрежение, ток (чрез бобина на Роговски или електрод за измерване на ток), температура и активност на частичен разряд.
- Кондициониране на сигнала на борда - аналогова предна електроника, която дигитализира и филтрира сензорните изходи преди предаване, като елиминира влошаването на сигнала, свързано с дългите аналогови кабелни трасета в подстанциите.
- Цифров комуникационен интерфейс - Съвместим с IEC 61850 GOOSE изход или изход с извадкови стойности, което позволява директна интеграция със системите за автоматизация на подстанциите без междинни преобразуватели
- Възможност за самодиагностика - непрекъснато наблюдение на вътрешните параметри на сензора, включително стабилността на свързващия капацитет и състоянието на електронния модул, с алармен изход, когато отклонението надвиши определените прагове
Сравнение на ниво компонент
| Параметър | Стандартен пост за наблюдение | Интелигентен пост за наблюдение |
|---|---|---|
| Измерени параметри | Само напрежение | Напрежение, ток, температура, PD |
| Тип на изходния сигнал | Аналогов (капацитивен кран) | Цифрови (IEC 61850 / аналогови) |
| Самодиагностика | Няма | Непрекъснат вътрешен мониторинг |
| Откриване на отклонение на точността | Изисква се външна проверка | Автоматична аларма при дрейф |
| Сложност на инсталацията | Нисък | Среден |
| Интеграция със SCADA | Необходим е външен преобразувател | Роден цифров изход |
| Изолаторно тяло на сензора | Стандартна епоксидна отливка | Многоелектродна леякова смола |
| Типична точност (напрежение) | ± 3% - 5% при въвеждане в експлоатация | ± 0,5% - 1% непрекъснато |
Как стандартите IEC се прилагат по различен начин към спецификациите на стандартните и интелигентните мониторингови постове?
Обхватът на стандартите IEC за мониторингови стълбове обхваща две различни регулаторни области - тялото на изолатора и измервателната функция - и приложимите стандарти се различават значително между стандартните и интелигентните конфигурации.
Стандарти за тялото на изолатора - общи и за двата типа
Както стандартните, така и интелигентните мониторингови стълбове трябва да отговарят на едни и същи стандарти за работа на корпуса на изолатора, независимо от възможностите им за отчитане:
- IEC 62155 - определя кухи керамични и стъклени изолатори под налягане и без налягане за използване в електрическо оборудване; определя механичната якост, устойчивостта на термичен удар и граници на водопоглъщане за тялото на изолатора2
- IEC 60168 - изпитвания на вътрешни и външни стълбови изолатори от керамичен материал или стъкло за системи с номинални напрежения над 1 000 V
- IEC 60273 - характеристики на вътрешните и външните стълбови изолатори за системи с номинално напрежение над 1000 V; определя стандартни размери и изисквания за разстоянието на приплъзване
- IEC 60243 - диелектрична якост на изолационни материали; прилага се за смолистото тяло на отляти епоксидни сензорни изолатори
Стандарти за измервателна функция - разминаващи се изисквания
Именно тук пейзажът на стандартите се разделя значително на стандартни и интелигентни постове за наблюдение:
Стандартни постове за наблюдение попадат в обхвата на стандартите за измерване на инструментални трансформатори:
- IEC 61869-1 - общи изисквания за измервателни трансформатори; прилага се към изискванията за точност на измерване и натоварване на капацитивни изходи за измерване на напрежение
- IEC 61869-11 - допълнителни изисквания за пасивни трансформатори на напрежение с ниска мощност3 (LPVT); директно приложим за капацитивни изходи от стандартни мониторингови постове
- IEC 61010-1 - изисквания за безопасност на електрически съоръжения за измерване; урежда изискванията за точността на индикация на напрежението и маркировката за безопасност
Интелигентни постове за наблюдение въвеждане на допълнителни задължения за стандарти:
- IEC 61869-6 - допълнителни общи изисквания за измервателни трансформатори с ниска мощност; обхваща измервателни трансформатори с цифров изход, включително интерфейси с дискретизирани стойности
- IEC 61850-9-2 - ISO/IEC 8802-3; задължителен стандарт за съответствие за интелигентни мониторингови пунктове с цифров изход на процесната шина4
- IEC 61850-7-4 - съвместими класове логически възли и обекти за данни; определя модела на данни, на който трябва да отговарят изходите на интелигентните наблюдателни постове за интегриране на автоматизацията на подстанцията.
- IEC 62351 - управление на енергийни системи и свързан с тях обмен на информация - сигурност на данните и комуникациите5; важи за интелигентни постове за наблюдение с мрежово свързани цифрови изходи
Сравнение на класовете на точност съгласно IEC 61869
| Клас на точност | Стандартен пост за наблюдение | Интелигентен пост за наблюдение | Приложение |
|---|---|---|---|
| Клас 0,5 | Постижимо при въвеждане в експлоатация | Поддържа се непрекъснато | Измерване на приходите |
| Клас 1 | Типичен период на експлоатация | Лесна поддръжка | Защита |
| Клас 3 | Влошено състояние | Праг на алармата | Индикация за наличие на напрежение |
| Клас 5 | Състояние в края на жизнения цикъл | Заместващ спусък | Неприемливо за всяко приложение |
Критичното разграничение на стандартите IEC: интелигентните мониторингови постове с възможност за самодиагностика могат да да сертифицират собствения си клас на точност в реално време., докато стандартните пунктове за наблюдение изискват периодична външна проверка, за да се потвърди, че те остават в рамките на определения клас на точност. За приложения в подстанциите, където съответствието с класа на точност по IEC 61869 е договорно или регулаторно изискване, това разграничение има пряко отражение върху одита и документацията.
Как се съпоставят стандартните и интелигентните постове за наблюдение през целия жизнен цикъл на подстанцията?
Сравнението на жизнения цикъл между стандартни и интелигентни мониторингови постове трябва да отчита общите разходи за притежание - не само разходите за закупуване - през целия период на експлоатация на даден актив на подстанцията, обикновено 25 до 40 години.
Профил на капиталовите разходи
Интелигентните пунктове за наблюдение са с премия за закупуване от 2× до 4× в сравнение с еквивалентни стандартни постове за наблюдение. За подстанция 110 kV с 24 позиции за мониторинг тази премия представлява значителна разлика в първоначалния капитал. Основанието за тази премия се крие изцяло в профила на разходите за експлоатация и поддръжка през следващите десетилетия.
Профил на оперативните разходи
Стандартните постове за наблюдение изискват:
- Периодична проверка на точността на всеки 1 до 3 години (в зависимост от околната среда) с помощта на калибрирано референтно оборудване и планиран престой
- Ръчна проверка за замърсяване на повърхността и деградация на интерфейса
- Няма автоматизирано откриване на неизправности - влошаването се открива реактивно или по време на планираната поддръжка.
Интелигентните постове за наблюдение елиминират повечето от тези разходи:
- Непрекъснатият самодиагностичен мониторинг замества периодичните прекъсвания за проверка на точността
- Автоматична аларма при отклонение на точността, увеличаване на частичния разряд или температурна аномалия
- Дистанционна оценка на състоянието без прекъсване на работата на панела - поддръжка се изпраща само когато данните потвърдят необходимостта
Модел на разходите през целия жизнен цикъл за представителна подстанция 110 kV
| Елемент на разходите | Standard (24 длъжности, 25 години) | Smart (24 мнения, 25 години) |
|---|---|---|
| Обществени поръчки | 1× базова линия | 2,5× базова линия |
| Периодични прекъсвания на проверката | 8 - 12 прекъсвания × труд + оборудване | 0 - 2 прекъсвания (само по изключение) |
| Реактивно заместване (незабелязано изместване) | 15% - 25% от флота, заменен реактивно | < 3% реактивна замяна |
| Хардуер за интегриране на SCADA | Необходими са външни преобразуватели | Включени в интелигентен пост |
| Общо 25-годишно ТСО | 1× | 0.85× - 1.1× |
Преходната точка на общите разходи за притежание, при която интелигентните мониторингови постове стават неутрални по отношение на разходите за целия жизнен цикъл или изгодни в сравнение със стандартните постове, обикновено настъпва при от 7 до 12 клас на услугата, в зависимост от сериозността на условията в подстанцията и структурата на разходите за прекъсване.
Въздействие върху надеждността
Разликата в надеждността на стандартните и интелигентните мониторингови постове се увеличава през целия жизнен цикъл по начин, който моделите на разходите не отразяват:
- Неоткрито отклонение на точността при стандартните постове създава системен риск за безопасността, който нараства с възрастта на експлоатация - вероятността от инцидент с контакт с персонала въз основа на сигурно погрешна индикация за напрежение се увеличава с натрупването на незабелязано отклонение.
- Интелигентна самодиагностика на пост превръщане на този латентен риск в събитие за управлявана поддръжка - системата идентифицира отклонението, генерира аларма и компонентът се заменя планирано, преди грешката в точността да достигне критична за безопасността величина.
- Многопараметрични данни от интелигентни постове дава възможност за прогнозна поддръжка на прилежащите активи на подстанцията - температурни тенденции на връзките на шините, тенденции на частичните разряди на изолационните компоненти и анализ на хармоничните токове за оценка на състоянието на трансформаторите - създавайки стойност за надеждността, която се простира далеч отвъд самия пост за наблюдение.
Кои приложения на подстанциите оправдават интелигентните постове за наблюдение и кои не?
Рамката за вземане на решение за избор на стандартен или интелигентен пост за наблюдение не е двоична - тя зависи от специфичните функционални изисквания, последиците за надеждността и архитектурата на интеграция на всяко приложение за подстанция.
Приложения, при които интелигентните постове за наблюдение са ясно обосновани
Критични преносни подстанции (110 kV и повече)
При нивата на преносното напрежение последиците от неоткрито отклонение на точността - контакт на персонала по поддръжката с проводник под напрежение въз основа на фалшива индикация “мъртъв” - са катастрофални и необратими. Премията за безопасност на непрекъснатия самодиагностичен мониторинг е недвусмислено оправдана, независимо от анализа на разходите за жизнения цикъл.
Безпилотни или дистанционно управлявани подстанции
Когато няма постоянен персонал на място, който да извършва периодична ръчна проверка, интелигентните мониторингови постове са единствената технически приложима възможност за поддържане на съответствие с класа на точност IEC 61869 между планираните посещения за поддръжка.
Подстанциите са в процес на цифрова трансформация
Когато се внедрява архитектура на процесна шина IEC 61850, интелигентните постове за наблюдение с естествен цифров изход премахват слоя за аналогово-цифрово преобразуване, намаляват сложността на окабеляването и осигуряват потоците от данни с дискретизирани стойности, необходими за функциите за защита и автоматизация.
Инсталации с високо ниво на замърсяване или тежки условия на средата
Крайбрежните, промишлените и високопланинските подстанции, където отклоненията в точността, предизвикани от замърсяването, се случват в интервал от 6 до 12 месеца - по-бързо, отколкото годишните интервали на проверка могат да бъдат засечени - изискват възможност за непрекъснато наблюдение, която се осигурява само от интелигентни постове.
Приложения, при които стандартните постове за наблюдение остават подходящи
Вторични разпределителни подстанции (под 36 kV) с чест достъп за поддръжка
Когато квалифициран персонал извършва месечни или тримесечни проверки и последиците от кратко отклонение в точността са ограничени от ниското ниво на напрежение и високата честота на поддръжка, стандартните мониторингови постове с дисциплиниран график за проверка осигуряват достатъчна надеждност при по-ниски капиталови разходи.
Временни инсталации или инсталации на етапа на строителството
Когато мониторинговият пост ще бъде в експлоатация по-малко от 5 години преди планираното преконфигуриране на системата, предимството на интелигентните постове по отношение на разходите за целия жизнен цикъл не се проявява в рамките на периода на експлоатация.
Програми за модернизация с ограничен бюджет и поетапни планове за модернизация
Когато капиталовите ограничения налагат поетапно внедряване, стандартните мониторингови постове могат да служат като временно решение, при условие че интервалът на проверка е определен консервативно (ежегодно или по-често) и в плана за управление на активите е документиран определен пусков механизъм за обновяване - въз основа на измерената степен на отклонение на точността.
Матрица на решенията
| Критерий за кандидатстване | Благоприятства стандартния пост | Подкрепя Smart Post |
|---|---|---|
| Системно напрежение | Под 36 kV | 36 kV и повече |
| Честота на достъпа за поддръжка | Месечно или повече | На тримесечие или по-малко |
| Необходима е интеграция с IEC 61850 | Не | Да |
| Замърсяване на околната среда | Чисти помещения | Индустриален / външен |
| Последици от пропуснато отклонение | Нисък | Високо ниво / критично за безопасността |
| Планиран експлоатационен живот | < 10 години | > 15 години |
| Необходими са данни за множество параметри | Не | Да |
Заключение
Стандартните и интелигентните мониторингови постове не са конкурентни продукти за едно и също приложение - те са решения, оптимизирани за различни точки от спектъра на надеждността, интеграцията и разходите за целия жизнен цикъл на управлението на активите на подстанциите. Стандартните мониторингови стълбове осигуряват адекватна производителност в приложения с ниско напрежение, често поддържани, с ограничен бюджет, където периодичната външна проверка е оперативно осъществима. Интелигентните мониторингови постове са технически правилният избор за подстанции на ниво пренос, безпилотни инсталации, цифрови архитектури по IEC 61850 и всякакви приложения, при които незабелязаното отклонение в точността има критични за безопасността последици. Рамката на стандартите IEC - по-специално изискванията за клас на точност IEC 61869 и задълженията за интегриране на IEC 61850 - осигурява обективна техническа основа за това решение. Прилагайте я систематично и изборът между стандарт и интелигентност се превръща в упражнение по спецификацията, а не в дебат за предпочитанията.
Често задавани въпроси за стандартни и интелигентни постове за наблюдение
В: Каква е основната разлика между стандартните и интелигентните постове за наблюдение по стандартите IEC?
A: Стандартните мониторингови постове се управляват основно от IEC 61869-11 за изискванията за точност на LPVT. Интелигентните мониторингови постове изискват допълнително съответствие с IEC 61850-9-2 за цифров изход на дискретизирана стойност и IEC 61869-6 за цифрови измервателни трансформатори с ниска мощност - значително по-широка рамка за съответствие с възможност за сертифициране на точността в реално време.
В: Колко по-скъпи са интелигентните стълбове за наблюдение в сравнение със стандартните стълбове?
A: Интелигентните мониторингови стълбове обикновено се оскъпяват 2 пъти до 4 пъти в сравнение с еквивалентните стандартни стълбове. Въпреки това, общият анализ на разходите за 25-годишния жизнен цикъл на преносните подстанции показва, че интелигентните стълбове достигат неутралност на разходите на 7-ата до 12-ата година, което се дължи на елиминирането на периодичните прекъсвания на проверката и намаляването на реактивните събития за подмяна.
В: Може ли стандартен пост за наблюдение да бъде надграден до възможност за интелигентно наблюдение на място?
A: Не. Многоелектродната сензорна архитектура на интелигентния мониторингов стълб е вградена в тялото на изолатора по време на леенето и не може да се монтира допълнително. Модернизирането от стандартни към интелигентни възможности изисква подмяна на цялата сглобка на сензорния изолатор, а не само на електронния модул в основата.
Въпрос: При какво ниво на напрежението интелигентните стълбове за наблюдение винаги трябва да се предпочитат пред стандартните стълбове?
A: При 110 kV и по-високо напрежение интелигентните мониторингови постове трябва да бъдат спецификация по подразбиране за всички нови инсталации на подстанции и големи проекти за реконструкция. Последиците за безопасността от неоткритото отклонение на точността при нива на преносното напрежение - в съчетание с изискванията за интеграция по IEC 61850 на съвременната автоматизация на преносните подстанции - правят стандартните постове технически неподходящи за тези приложения.
Въпрос: Как един интелигентен пост за наблюдение поддържа съответствие с класа на точност IEC 61869 между посещенията за поддръжка?
A: Интелигентните мониторингови постове непрекъснато следят собствения си свързващ капацитет стабилност и вътрешен референтен капацитет състояние. Когато някой от двата параметъра се отклони от прага, съответстващ на определения клас на точност, постът генерира автоматична аларма - превръщайки латентната повреда на точността в управляемо събитие за поддръжка, преди да бъде превишена границата на класа по IEC 61869.
-
“Диелектрична деградация и замърсяване във високоволтови изолатори”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/7385282. В този научен документ на IEEE са описани механизмите на дрейф на капацитета в композитни изолатори. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: замърсяване по време на експлоатационния цикъл. ↩ -
“IEC 62155:2003 Изолатори - Кухи керамични и стъклени изолатори под налягане и без налягане”,
https://webstore.iec.ch/publication/5993. Официалният стандарт, определящ границите за изпитване на кухи изолационни тела. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: гранични стойности на поглъщане на вода за тялото на изолатора. ↩ -
“IEC 61869-11:2017 Инструментални трансформатори - Част 11”,
https://webstore.iec.ch/publication/5973. Базовата международна спецификация за изходи на пасивни трансформатори на напрежение. Evidence role: general_support; Source type: standard. Поддържа: пасивни трансформатори на напрежение с ниска мощност. ↩ -
“IEC 61850-9-2:2011 Комуникационни мрежи и системи за автоматизация на електроснабдяването”,
https://webstore.iec.ch/publication/6028. Задължава изискванията за SV протокол за цифрови процесни шини. Evidence role: general_support; Source type: standard. Поддържа: изход на цифрова процесна шина. ↩ -
“IEC 62351:2022 Управление на електроенергийните системи и обмен на свързана информация”,
https://webstore.iec.ch/publication/33890. Подробно описание на протоколите за киберсигурност, необходими за автоматизираните възли на енергийната мрежа. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: сигурност на данните и комуникациите. ↩
