Radek Adamec1 ABSOLVOVÁNÍ ODBORNÉ PRAXE VE

Radek Adamec1 ABSOLVOVÁNÍ ODBORNÉ PRAXE VE

Radek Adamec1
ABSOLVOVÁNÍ ODBORNÉ PRAXE VE SPOLEČNOSTI ČEPS, A.S.
Abstrakt
Tato práce popisuje absolvování odborné praxe ve společnosti ČEPS, a.s., která
byla vykonána v rámci projektu CZ.1.07/2.4.00/31.0080 Partnerství v oblasti energetiky, což
je jeden z mnoha projektů Moravskoslezského energetického klastru.
Úvodní část této práce je věnována stručné charakteristice společnosti ČEPS, a.s..
V dalších částech je pozornost věnována popisu náplně odborné praxe a detailnější popis
jednoho ze zadaných úkolů, konkrétně monitoringu teplot na vedení. Poslední část této
práce pak tvoří zhodnocení odborné praxe.
Klíčová slova
ČEPS, a.s., dispečerský řídicí systém, dispečer, přenosová soustava, TRIS,
telemetrie, elektrizační soustava, elektrická stanice, rozvodna, monitoring, vedení,
transformátor, OTLM
1
Bc. Radek Adamec, VŠB - TU Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra
elektroenergetiky – 410, 17. listopadu 15 708 33 Ostrava – Poruba, tel.: (+420) 597 328
123, GMS: (+420) 732 188 971, e-mail: [email protected]
1
OBSAH
1
Úvod ..................................................................................................................... 3
2
Společnost ČEPS, a.s. ........................................................................................ 4
Poslání ....................................................................................................................... 4
Současnost ................................................................................................................ 4
3
Náplň odborné praxe ........................................................................................... 5
Sjednocený dispečerský řídicí systém pro řízení PS ................................................. 6
Datové přenosy v optické síti ..................................................................................... 7
Rozvodny PS ............................................................................................................. 8
Centrální monitoring transformátorů PS .................................................................. 11
4
Monitoring teplot na vedení ............................................................................... 14
Zařízení OTLM ......................................................................................................... 15
5
Závěr .................................................................................................................. 17
Poděkování .............................................................................................................. 18
Literatura ..................................................................................................................... 18
Seznam obrázků.......................................................................................................... 19
POUŽITÉ ZKRATKY
AGC
ČEPS
ČR
DŘT
DTS
GPRS
GSM
HDP
IEC
KZL
MSEK
OPGW
OTLM
OZ
PS
SCADA
SDRS
SMS
SW
TRIS
TSO
WAN
ZDP
Automatic Grid Control
Česká přenosová soustava
Česká republika
Dispečerská řídící technika
Distributed Time Service
General Packet Radio System
Global System for Mobile communications
Hlavní dispečerské pracoviště
International Electrotechnical Commision
Kombinované zemní lano
Moravskoslezský energetický klastr
Optical Ground Wire
Overhead Transmission Line Monitoring
Opětovné zapnutí
Přenosová soustava
Supervisory Control and Data Acquisition
Sjednocený dispečerský řídicí systém
Short message service
Software
Telemetric and Real time Information System
Transmission System Operator
Wide Area Network
Záložní dispečerské pracoviště
2
1
ÚVOD
Při studiích na vysoké škole jsem se toho o energetice dozvěděl spoustu. Během
bakalářského studia jsem absolvoval velké množství předmětů, vyjímaje laboratorních
měření, šlo ale pouze o teorii. Ve společnosti ČEPS, a.s. jsem měl možnost uplatnit v praxi
teoretické znalosti získané během studia. A hlavně jsem měl možnost být součástí týmu,
který řeší situace, které nastaly přímo v ostrém provozu.
Musím přiznat, že jsem si nikdy neuvědomoval, kolik úsilí, nasazení, píle a
technické podpory musí být vynaloženo, aby společnost ČEPS, a.s. plnila své základní
poslání a to, zajišťovala na území České republiky spolehlivý provoz elektroenergetické
přenosové soustavy. Bylo mi jasné, že například k vypnutí VVN vypínače není potřeba
manipulace pracovníka přímo na zařízení v elektrické stanici, ale že k vypnutí dochází
dálkově pomocí řídicího systému. Netušil jsem však, kolik oddělení a pracovníků se zabývá
tím, aby dispečer mohl dálkově, pomocí nejmodernějších technologií řídit přenosovou
soustavu České republiky. Mohl bych tu jmenovat hned několik oddělení a desítky
pracovníků, kteří se starají o to, aby dispečer měl v reálném čase co nejvíce informací o
aktuálním stavu přenosové soustavy, nebo aby mohl efektivně a spolehlivě pomocí řídicího
systému řídit přenosovou soustavu. S většinou těchto lidí, jsem se měl možnost potkat a rád
bych zmínil, že všichni patří mezi špičky ve svých oborech.
Následující řádky budou patřit popisu jak společnosti ČEPS, a.s., tak i samotným
činnostem, které jsem během odborné praxe prováděl.
3
2
SPOLEČNOST ČEPS, A.S.
Společnost ČEPS, a.s. je na území České republiky provozovatelem
elektroenergetické přenosové soustavy (elektrická vedení a zařízení 400 kV a 220 kV) na
základě licence dle Energetického zákona č. 458/2000 Sb.. ČEPS, a.s., je akciovou
společností, jediným akcionářem je stát Česká republika, která vlastní 100 % akcií. Výkon
akcionářských práv provádí z pověření státu Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR.
ČEPS, a.s. udržuje, obnovuje a rozvíjí 41 rozvoden, se 71 transformátory
převádějícími elektrickou energii z přenosové do distribuční soustavy, a trasy vedení s
napěťovou hladinou 400 kV o délce 3508 km a 220 kV o délce 1910 km. [1]
Hlavním úkolem společnosti ČEPS, a.s. je zajištění rovnováhy výroby a spotřeby
elektřiny v každém okamžiku. Dále provozování, rozvoj a udržování elektroenergetické
přenosové soustavy ČR. Společnost ČEPS, a.s. také zajišťuje přenos elektřiny mezi výrobci
a distributory, spolupracuje na přidělování přeshraniční přenosové kapacity formou aukcí a
také spolupracuje s ostatními provozovateli přenosových soustav v Evropě a přispívá k
rozvoji trhu s elektřinou. [2]
Obrázek 1 - Logo společnosti ČEPS, a. s. [1]
Poslání
Posláním společnosti ČEPS, a.s. je zajišťovat spolehlivé provozování a rozvoj
elektroenergetické přenosové soustavy, mezinárodní spolupráci v rámci propojených
soustav a poskytovat uživatelům přenosové soustavy přenos elektřiny, systémové služby a
nediskriminační přístup k přenosové soustavě za konkurenceschopné ceny.
Bezpečnost a spolehlivost provozu přenosové soustavy je implicitně obsažena v
poslání ČEPS a je jednou z jejích základních úloh. Společnost silně vnímá důležitost
spolehlivé dodávky elektřiny pro fungování hospodářství ČR v kontextu zajištění energetické
bezpečnosti ČR a považuje tuto oblast za součást kvality poskytovaných služeb. [2]
Současnost
Za udržování rovnováhy mezi výrobou a spotřebou elektřiny v PS ČR je odpovědný
dispečink ČEPS, který je zároveň odpovědný za zajišťování spolehlivého přenosu elektřiny
v reálném čase.
Pro řízení provozu PS ČR je hlavním technickým prostředkem sjednocený
dispečerský řídicí systém (SDŘS). Obě pracoviště dispečinku PS (Hlavní dispečerské
pracoviště – HDP v Praze a Záložní dispečerské pracoviště – ZDP v Ostravě) disponují tedy
jednotným řídicím systémem.
4
3
NÁPLŇ ODBORNÉ PRAXE
Zaměření odborné praxe bylo rozděleno do 4 dílčích celků. Během 5 měsíců jsem
prošel několik oddělení společnosti ČEPS, a.s. na pracovišti v Ostravě.
Prvním celkem byl SDŘS pro řízení PS, garant tohoto tématu byl Ing. René Honiš,
vedoucí oddělení DŘT, který byl zároveň také mým mentorem v rámci projektu Partnerství
v oblasti energetiky. Další celek tvořilo téma datové přenosy v optické síti, jehož garantem
byl vedoucí odboru Telekomunikace Ing. Milan Konečný. Tyto dva celky byly velmi
přínosnými, energetiku studuji již 4. rokem a během studia se stala i mým koníčkem,
zaměřoval jsem se vždy však pouze na silovou část energetiky. Musím tedy konstatovat, že
první dva celky zaměření odborné praxe pro mne byly velice přínosnými.
Třetí celek tvořilo téma rozvodny PS, jehož garantem byl Ing. Martin Galetka, Ph.D.
specialista odboru Nepřetržitý provoz. Poslední celek představovalo téma centrální
monitoring transformátorů a teplot na vedeních PS, jehož garantem byl Ing. Ivo Ullman,
Ph.D. specialista odboru silové zařízení stanic. Tyto dvě témata mi byly již daleko bližší a
měl jsem tudíž možnost prohloubit nejen své teoretické znalosti získané během studia, ale
hlavně jsem získal spoustu praktických znalostí a dovedností.
Náplní odborné praxe však nebylo pouze plnění zadaných úkolů z výše uvedených
celků. Na odborné praxi mi čas věnoval snad skoro každý zaměstnanec společnosti ČEPS,
a.s., nebo ČEPS Invest, a.s. a seznámil mě se svojí pracovní náplní, případně mi nabídl
podílení se na některém z jeho úkolů. Měl jsem tedy například možnost seznámit se s prací
a činnostmi na dispečerském sále ZDP Ostrava. Dozvědět se něco o historii společnosti, o
hodnocení a analýzách prováděných společností ČEPS, a.s. a také například o
plánovaných a realizovaných projektech ČEPS Invest, a.s. V neposlední řadě jsem se také
podílel na realizaci hned několika úkolů v rámci odboru SCADA, konkrétně po boku
specialisty oddělení AGC a DTS Ing. Pavla Skalného. Hodně svého času na odborné praxi
jsem věnoval problematice monitoringu teplot na vedení pod dohledem Ing. Ivo Ullmana,
Ph.D, na tuto problematiku se zaměřím detailněji v kapitole 4.
5
Sjednocený dispečerský řídicí systém pro řízení PS [3]
Pro dispečerské řízení PS ČR je použit sjednocený řídicí a informační systém TRIS,
neboli Telemetric and Real time Information System. Systém TRIS je jednotným řídicím
systémem, který je hlavním technickým prostředkem pro řízení provozu PS.
Prostřednictvím TRIS lze dálkově manipulovat se silovými prvky, jako jsou např.
vypínače, odpojovače, uzemňovače, apod. Pro řízení PS ČR se z rozvoden zpracovává
stavová signalizace silových prvků, poruchová signalizace ochran, napájení, poruchy
hardware, atd. Z elektrických veličin jsou zpracovávány činný a jalový výkon, napětí, proud,
frekvence a teplota.
Autorem řídicího systému TRIS je společnost Elektrosystem Brno. Jedná se o verzi
RIS na bázi operačního systému QNX a LINUX. SDŘS TRIS je složen ze dvou subsystémů,
HDP a ZDP. Subsystémy jsou propojeny 3 x 10 Mb/s spoji pro vyrovnávání dat, obrázků,
dopočtů a pro administraci systému. Základními vlastnostmi systému je jeho modulárnost,
zálohování funkcí, rychlost a pružnost. Modifikační činnosti jsou striktně vázány na
přístupová práva. Při uvedení systému TRIS do provozu došlo i ke změně filosofie sběru a
přenosu informací pro dispečerské řízení. Z každého řízeného objektu (např. rozvodna) je
v současnosti provozována jedna nezávislá přenosová cesta k TRIS na HDP a jedna k
TRIS na ZDP. Systém pak svým vnitřním propojením HDP – ZDP přenosové cesty zálohuje.
Obrázek 2 - Schéma SDŘS TRIS ZDP Ostrava [4]
Telemetrie SDŘS TRIS
Telemetrie SDŘS TRIS mohou posílat zprávy (telegramy) hlavním i záložním
kanálem. Zpráva může obsahovat datovou informaci, např. měření, čítač, signalizaci, povel
nebo specifickou informaci, např. synchronizační zprávu, odečet čítačů, dotaz na celý
datový obsah komunikace, tzv. celkový dotaz. Základem pro hardware telemetrií obou
subsystémů HDP/ZDP jsou telemetrické servery. Telemetrické servery zajišťují komunikace
mezi subsystémy HDP/ZDP a energetickými objekty, zajišťují také ukládání dat.
Telemetrie SDŘS TRIS zajišťují data pro řízení salda PS ČR. Primárním zdrojem
jsou data z terminálů hraničních rozvoden. Z každého zahraničního vedení je zpracováván
činný výkon, jalový výkon, napětí a proud. Z objektu každé hraniční rozvodny se rovněž
6
zpracovává měření frekvence. Pro řízení rovnováhy mezi výrobou a spotřebou jsou
instalovány na objektech elektráren terminály. Z terminálů elektráren se v SDŘS TRIS, v
modulu AGC, zpracovává především měření činného výkonu na generátorech a signalizace
stavu připojení. Rovněž se zpracovávají informace pro vyhodnocení podpůrných a
systémových služeb.
Datové přenosy v optické síti [3]
Aby mohly být z dispečerských pracovišť ČEPS, a.s. řízeny formou dálkového
ovládání, jsou na elektrických stanicích provozovány řídicí systémy, které zpracovávají
všechny vstupní informace ze stanice (signály, impulzy, měření,…), a formou datové
komunikace v reálném čase je přenášejí do center do dispečerského řídicího systému. Data
v těchto komunikacích proudí duplexně oběma směry, ve směru ze stanice do centra mají
data především informační charakter, data z centra do stanice mohou přenášet přímé
povely dálkového ovládání jednotlivých silových prvků.
Data jsou přenášena pomocí optických kabelů energetiky formou KZL –
kombinovaných zemních lan (angl. OPGW – optical ground wire), kde optická vlákna jsou
integrována uvnitř kovového zemnícího lana (vodič s nulovým potenciálem) jako nejvýše
umístěného vodiče nadzemního vedení. Většina vedení 220 kV a 400 kV přenosové
soustavy ČEPS vybavována jedním lanem KZL. Obdobně jsou na tom i některá vedení 110
kV distribučních společností a rovněž většina přeshraničních vedení směrem na sousední
TSO (angl. TSO – transmission system operator) jsou vybavena optikou v KZL. Optická
vlákna v počtu 12 až 48 vláken v jednom kabelu KZL na vedení jsou jednovidová.
Obrázek 3 - Ukončení optického kabelu v rozvodně [3]
Telekomunikační síť však netvoří pouze optická síť. V řetězci elektrická stanice –
dispečerské pracoviště se nachází několik kusů a typů telekomunikačních zařízení. V celé
telekomunikační síti je to cca 300 ks zařízení. Vzhledem k povaze činnosti společnosti
ČEPS je nezbytný jejich nepřetržitý provoz a v případě poruchy jakéhokoliv prvku musí být
jednak zajištěna plná funkčnost všech ostatních částí a současně musí být porucha
lokalizována a ve velmi krátkém čase opravena. Nepřetržitý provoz je zajištěn vlastním
dohledovým systémem a pohotovostní službou konkrétních techniků. Součástí dohledového
systému je například modul „umbrella“, což je systém zajišťující vyhodnocování provozu
jednotlivých služeb a výpočet provozní spolehlivosti služeb. V případě poruchy například
upozorní technika alarmem, odešle mu SMS zprávu a e-mail. Provozní technik pak ve
spolupráci se servisní firmou musí poruchu správně vyhodnotit a co nejefektivněji ji vyřešit.
7
Rozvodny PS [3]
Elektrizační soustava slouží k přenosu a rozvodu elektrické energie z místa výroby
do místa spotřeby. Elektrizační soustavu tvoří elektrické stanice, výrobny elektrické energie
a elektrické sítě. Elektrizační soustavu dělíme na přenosovou a distribuční soustavu.
Přenosová soustava je sestavena ze sítí 400 kV a 220 kV a tvoří páteř elektrizační
soustavy. Slouží k přenosu výkonů na velké vzdálenosti, zajišťuje propojení elektrizační
soustavy se zahraničními elektrizačními soustavami a dále slouží pro vyvedení výkonu z
velkých systémových elektráren. Distribuční soustava slouží k distribuci výkonu k
odběratelům. Je tvořena sítěmi 110 kV a nižších napěťových úrovní. Přenáší výkon na
kratší vzdálenosti a jsou do ní připojeny elektrárny nižších výkonů. V některých případech
zajišťuje přeshraniční propojení, které však slouží pouze pro napájení vydělených oblastí.
Obrázek 4 - Schéma přenosové soustavy České republiky [1]
Elektrická stanice je ucelené zařízení, které tvoří uzel elektrizační soustavy. Podle
účelu se dělí na:
 transformovny – slouží ke změně elektrického napětí;
 rozvodny (též spínací stanice) – slouží k rozvádění elektrické energie téhož napětí
bez transformace či přeměny;
 měnírny – slouží ke změně kmitočtu či druhu napětí (ze střídavého na stejnosměrné
a naopak).
Typická elektrická stanice přenosové soustavy se skládá z několika rozvoden
různého jmenovitého napětí a transformovny. Tyto stanice tvoří uzly přenosové soustavy, ve
kterých jsou propojena vedení a dále pomocí transformátorů zajištují propojení přenosové
8
soustavy se soustavou distribuční. V přenosové soustavě České republiky je zapojeno 33
elektrických stanic.
Jako příklad stanice přenosové soustavy je na obrázkuObrázek 5 zobrazen letecký
snímek elektrické stanice Kletné. Tato stanice se skládá z rozvodny 400 kV spravované
provozovatelem přenosové soustavy ČEPS, a.s. a rozvodny 110 kV spravované
provozovatelem distribuční soustavy ČEZ Distribuce a.s. Ve stanici jsou dále dva
transformátory 400/110 kV, které zajišťují propojení přenosové a distribuční soustavy.
Rozvodna 400 kV se skládá ze dvou hlavních přípojnic W1, W2, pomocné přípojnice W5 a
má pět polí.
Obrázek 5 - Elektrická stanice Kletné 400/110kV [3]
Typická rozvodna v přenosové soustavě má dvojitý systém přípojnic s pomocnou
přípojnicí a kombinovaným spínačem přípojnic. Ve schématu rozvodny jsou modře
označeny odpojovače (Q), červeně vypínače (QM), oranžově zemniče (QE) a zeleně
přístrojové transformátory proudu (TA) a napětí (TV). Hlavní přípojnice (W1, W2) slouží pro
zajištění elektrického spojení jednotlivých vývodů. Dvojitý systém přípojnic umožnuje
odstavovat jednu z přípojnic pro revize bez nutnosti vypínání vývodů a také umožnuje
rozdělení provozu tzn. dvě různá spojení vývodů při rozepnutém spínači přípojnic. Pomocná
přípojnice (W5) slouží ve spojení s kombinovaným spínačem přípojnic pro náhradní provoz
všech vývodů, který umožňuje odstavení pole vývodu pro revize odpojovačů, vypínače a
přístrojových transformátorů bez nutnosti vypnutí celého vedení či transformátoru daného
vývodu.
9
Obrázek 6 - Schéma rozvodny s dvojitým systémem přípojnic a pomocnou přípojnicí [3]
Silová část rozvoden
Silová část rozvodny je sestavena ze silových prvků. Na obrázku Obrázek 7 je
vyobrazeno typické pole rozvodny přenosové soustavy s označením silových prvků. Každé
pole se skládá z vypínače, odpojovačů, přístrojových transformátorů proudu a napětí,
svodičů přepětí a ve většině případů i zemničů. Jednotlivá pole jsou vzájemně spojena
daným systémem přípojnic.
Obrázek 7 - Silové prvky rozvoden [3]
Přípojnice je propojovací vedení napříč celou rozvodnou. Jejich provedení je lanové
nebo trubkové, přičemž pro nové rozvodny či rozšiřování přípojnic se upřednostňují
trubkové přípojnice.
10
Obrázek 8 - Rozvodna s trubkovými přípojnicemi (vlevo) a lanové přípojnice (vpravo) [3]
Vypínač je elektrický přístroj, který slouží k bezpečnému a spolehlivému zapínání a
vypínání prvků (vedení, transformátorů, tlumivek atd.). Musí být schopen přerušit obvod za
každých okolností, tzn. v normálních i poruchových stavech. Zhášecí medium u vypínačů se
používá fluorid sírový (SF6), dříve se používal stlačený vzduch. Pohon vypínačů je
elektromotorický s pružinovým střadačem samostatný pro každý pól z důvodu
proveditelnosti jednofázového cyklu OZ. Kromě elektromotorického pohonu se používá také
hydraulický pohon, u kterého je pohon zajištěn rozvodem oleje a funkci střadačové pružiny
plní stlačený dusík. U tlakovzdušných vypínačů, které se používaly v minulosti, byl použit
pneumatický pohon.
Centrální monitoring transformátorů PS [5] [6]
Jelikož transformátory patří k jednomu z nejdůležitějších článku v řetězci přenosu
elektrické energie, klade se velký důraz na zajištění bezporuchového chodu. Proto se
provádí monitoring transformátorů, jehož cílem je zvýšení spolehlivosti a kvality dodávky
elektrické energie. Monitoring transformátorů pomáhá v podobě technické diagnostiky
především předcházet nežádoucím, poruchovým stavům.
Ve společnosti ČEPS, a.s. je k on-line monitoringu používán monitorovací systém
TECHSYS. Monitorovací systém TECHSYS je souborem zařízení, která provádí základní
funkce (měření, archivace dat) na příslušných transformátorech. V současné době ČEPS,
a.s. provádí monitoring na všech výkonových přenosových transformátorech 400 kV a 220
kV. Naměřená data jsou následně přenášena pomocí WAN do Centrálního monitorovacího
systému.
11
Obrázek 9 - Monitorovací systém TECHSYS [7]
Monitorovací systém měří důležité provozní veličiny transformátoru, celkový stav
zařízení a průběžně provádí expertní výpočty. Na obrázku Obrázek 10 vidíme nejčastěji
sledované provozní veličiny transformátorů.
Obrázek 10 - Nejčastěji sledované provozní veličiny transformátorů [5]
Legenda:
9 - Teplota okolí
8 - Rozpuštěná vlhkost
7 - Teplota horní vrstvy oleje
6 - Rozpuštěné plyny
5 - Teplota vnitřní části
4 - Pozice přepínače odboček
3 - Stav stupně chlazení
2 - Alarmy
1 - Teplota dolní vrstvy oleje
Centrální monitorovací systém především zpracovává měřené provozní veličiny
transformátorů, provádí různé výpočty a archivuje data. Hodnoty jsou dispozici v grafické
12
verzi v podobě okamžitých veličin a samozřejmostí je přístup k archivovaným datům.
Rozborem těchto dat lze získat aktuální stav sledovaného transformátoru.
Obrázek 11 - Sestava s okamžitými hodnotami hlavních sledovaných veličin [8]
Já osobně vidím monitorovací systém transformátoru jako jednoznačně přínosný.
Pokud dojde ke správnému vyhodnocení dat kvalifikovanou osobou, může nám monitoring
poskytnout představu o dlouhodobých jevech probíhajících ve sledovaném transformátoru.
Lze tak odhalit na první pohled neviditelné degradační procesy, nepříznivé trendy a
podobné jevy, hlavně tímto způsobem můžeme předejít případným větším škodám. Jelikož
ale transformátory v PS ČR patří k velmi spolehlivým zařízením (zejména proto, že takřka
všechny pracují v režimu nízké zátěže) mohl by se zdát monitoring mnohdy jako zbytečný.
Praktické zkušenosti však potvrzují přínos monitorovacích systémů transformátorů,
například u transformátorů nepravidelně zatěžovaných, nebo naopak u transformátorů
přetěžovaných. Další skupinu tvoří tzv. strategické transformátory, kde hrozí v případě
poruchy zcela mimořádné ztráty a škody. Jako strategický transformátor můžeme označit
například vývodový transformátor elektrárenských bloků.
Náhlá ztráta funkčnosti těchto transformátorů by totiž měla za následek výpadek
celého výrobního bloku a tedy přerušení dodávky elektrické energie do sítě. Následná
obnova tohoto zařízení po poruše je investičně náročná, neboť případná výměna jeho
jednotlivých částí je komplikovaná, ne-li zcela nemožná. Monitorovací systém
transformátoru si tedy znovu dovedu označit za jednoznačně přínosný. Moji domněnku
potvrzuje i obrázek Obrázek 12, na kterém vidíme závislost intenzity poruch na době
s monitoringem a bez monitoringu.
13
Obrázek 12 - Intenzita poruch s monitoringem a bez monitoringu [5]
4
MONITORING TEPLOT NA VEDENÍ
Monitoring teplot na vedení je prováděn zejména proto, že masivní rozvoj
neregulovatelných obnovitelných zdrojů způsobuje přetěžování linek. Kapacita současných
linek je nedostatečná, ale budování linek nových, či konstrukční úpravy vedoucí k zvýšení
zatížitelnosti jsou finančně velmi náročné. Monitoring teplot na vedení představuje
alternatívní řešení, které je postaveno na sledování teploty vodiče, eventuálně vlastního
průvěsu lana nad zemí.
Monitoringem je v podstatě sledována ampacita vodiče (vedení). Ampacita je
definována jako dovolené zatížení dané maximálním proudem, který může přenášet vodič,
aniž došlo k narušení jeho funkce. Toto narušení je převážně dáno maximální dovolenou
teplotou. Ampacita je ovlivněna především tepelným stavem vodičů, neboť teplota určuje
prodloužení vodičů a tím i průvěs vedení nad terénem. Ampacita závisí především na:
 elektrických a mechanických vlastností materiálu vodičů,
 teplotních vlastností izolací (u kabelů),
 schopnosti rozptýlit uvnitř vodiče vznikající a z okolí přijímané teplo, která je závislá
na geometrii a vlastnostech povrchu vodiče a jeho okolí,
 okolních povětrnostních podmínkách.
Monitoringem vedení a s pomocí výpočetních prostředků docílíme toho, že máme k
dispozici on-line (real-time) kalkulaci maximálního bezpečného proudu, kterým můžeme
vedení zatížit. Tímto způsobem lze využít stávající linky na jejich maximum. Monitoringem
tedy docílíme toho, že maximální proud, kterým můžeme vedení zatížit, se zvýší až o 50%
vůči stavu aktuálnímu (bez monitoringu). Pro dispečery to znamená, že vedení mohou
přetížit při vhodných podmínkách například až o 1000 A, čímž získávají dostatečnou
rezervu přenosu výkonu, bez hrozby poškození vedení. Spoléhat se však na tuto možnost
nelze, protože závisí pouze na stavu počasí. Během roku nastane však velmi málo situací,
kdy není přetížení z bezpečnostních důvodů možno realizovat.
14
Zařízení OTLM
OTLM neboli overhead transmission line monitoring system je produktem slovinské
společnosti a slouží k monitorování vedení, založené na real-time monitoringu teploty
vodiče, zatížení a povětrnostních podmínek. OTLM zařízení je nástroj k využití maximální
kapacity vedení.
Zařízení OTLM měří teplotu a proud ve vedení současně. Teplota se měří přímo
pomocí čidla, které je upevněno na vodič. Napájení je zajištěno proudovým
transformátorem, který je také připojený přímo na vodič. Zařízení je tedy napájeno bez
vnějšího zdroje. Naměřené hodnoty jsou přenášeny do řídícího centra prostřednictvím
dostupných komunikačních kanálů (GSM, GPRS). Přístroj je také vybaven GPS přijímačem
signálu, tudíž jsou naměřená data se záznamem přesného času a X, Y, Z souřadnicemi
umístění zařízení. Měření a události jsou převedeny do vybraných počítačů a řídicího centra
přes standardní rozhraní IEC protokolů.
Obrázek 13 - Popis zařízení OTLM [9]
K naměřeným datům je snadný přístup pomocí webového prohlížeče. Přes webový
prohlížeč se dostaneme do OTLM Centra, kde máme přístup ke všem naměřeným
hodnotám. Na úvodní stránce máme přehled o všech vedeních, na kterých probíhá měření
pomocí zařízení OTLM. Směrodatnou hodnotou, kterou sledujeme je teplota vedení. Máme
celkem tři stavy, ve kterých se v závislosti na teplotě může vedení nacházet:
 stav normální –teplota vedení do 32°C,
 odchylka od normálního stavu –teplota vedení překročí 32°C,
 stav kritický –teplota vedení překročí 42°C.
Dále pomocí OTLM Centra máme například možnost sledovat hodnotu proudu fází.
Dále úvodní obrazovka přináší informaci o stavu vedení, připojení k zařízení a informaci o
čase a data posledního zaznamenaného měření. Několikrát došlo k výpadku měření a to
z důvodu poklesu proudu pod hodnotu 100A, což je hodnota, při které proudový
transformátor není schopen zařízení OTLM napájet, což způsobí přerušení měření.
15
Obrázek 14 - Základní obrazovka OTLM Centra [9]
Další možností, jak můžeme prostřednictvím OTLM Centra sledovat naměřená data
je možnost zobrazení grafu, který vykresluje tyto veličiny:
 proud fází,
 vlhkost,
 teplota vodiče,
 provozní stav,
 teplota okolí.
Obrázek 15 - Graf vygenerovaný OTLM Centrem [9]
TECHSIGHT
Dalo by se říct, že ve společnosti ČEPS, a.s. je k on-line monitoringu používán
monitorovací systém TECHSYS. I v případě monitoringu vedení je tomu tak. Kromě OTLM
Centra je monitoring prováděn přes systém TECHSYS. V případě monitoringu vedení je
měření OTLM měření implementováno do celkového monitoringu na vedeních. OTLM
měření je konkrétně realizováno pro přípojnice v elektrických stanicích Hradec u Kadaně a
Slavětice. Do celkového monitoringu jsou pak zahrnuty vybrané vedení o napěťové hladině
400 kV a 220 kV.
16
Monitoring vedení pomocí systému TECHSYS zkoumá zatížitelnost vedení a
měření OTLM je jen součástí celku. Pomocí TECHSYS je prováděno měření teploty, teploty
vodiče, proud fází, směr větru, úhel (pod kterým vítr fouká) vůči vedení, rychlost větru,
vlhkost vzduchu, sluneční záření, námraza a další. Následně je z těchto naměřených
hodnot počítána dynamická a statická zatížitelnost vedení. V rámci dynamické zatížitelnosti
je například počítána zatížitelnost vedení dle okamžitých podmínek, kdy má dispečer
k dispozici hodnotu, na kterou může bezpečně vedení přetížit. Běžně však tyto hodnoty
dosahují hodnot, které nepovoluje ČSN, takže právě norma je limitem při přetěžování
vedení.
.
Obrázek 16 - Monitoring teplot na vedení v TECHSYS [7]
5
ZÁVĚR
Do projektu Partnerství v oblasti energetiky jsem se přihlásil hlavně kvůli jeho
hlavnímu cíli, což bylo vytvoření silného partnerství v oblasti energetiky mezi universitou a
Moravskoslezským energetickým klastrem, který sdružoval více než 20 společností. Musím
říct, že kdybych měl možnost, zúčastnil bych se takového projektu znovu. Moje očekávání
bylo naplněno bezezbytku. V rámci projektu Partnerství v oblasti energetiky jsem se
zúčastnil několika seminářů, workshopů a především jsem absolvoval odbornou praxi ve
společnosti ČEPS, a.s.. A nesmírně si cením toho, že jsem jedním ze společnosti ČEPS,
a.s. a že je mi ctí, se denně potkávat s lidmi, kteří jsou špičkami ve svém oboru a že mi
pomáhají prohlubovat jak teoretické, tak hlavně praktické dovednosti.
Troufám si také říct, že absolvování odborné praxe je nezbytnou součástí pro
budoucí „ostrý start“ absolventa v pracovním procesu. Během praxe jsem měl možnost
nejen rozšiřovat své teoretické a praktické dovednosti, ale dozvěděl jsem se například, jak
probíhá samotný chod společnosti, kterou vlastní Česká republika, konkrétně Ministerstvo
průmyslu a obchodu. Dále mě praxe, utvrdila v tom, že v energetice je oprávněně na
bezpečnost kladen hlavní důraz.
Během praxe jsem získal spoustu znalostí a dovedností, které bych se na univerzitě
nikdy nedozvěděl. Chtěl bych tedy apelovat na všechny studenty, kteří mají možnost se
během studia ať už jen podívat, nebo se aktivně zapojit do chodu nějaké společnosti, určitě
neváhejte a učiňte tak. Mě odborná praxe přinesla spoustu znalostí, dovedností, zkušeností,
kontaktů, které bezesporu ve svém profesním životě jistě zužitkuji.
17
Poděkování
Dovolte, abych poděkoval MSEK. Rád bych také zmínil, že tento příspěvek byl
realizován za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu Partnerství v oblasti
energetiky, č. projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0080.
Dále bych rád touto cestou poděkoval svému mentorovi Ing. Renému Honišovi ze
společnosti ČEPS, a.s. a také všem spolupracovníkům, kteří mi věnovali svůj drahocenný
čas během absolvování odborné praxe.
LITERATURA
[1] [Online]. Available: www.wikipedie.cz.
[2] [Online]. Available: www.ceps.cz.
[3] Honiš, Konečný, Galetka, Ullman, Přenosová soustava české republiky, Ostrava:
Moravskoslezský energetický klastr, 20013.
[4] ČEPS a. s., Obrázek z aktuálního SDRŠ TRIS, Ostrava, 2013.
[5] C. Hammer, A Comprehensive Approach to Managing the Life of Power, Brno: VUT
Brno, 2012.
[6] Ullman, Velek, Monitoring transformátorů, Poděbrady: TECHSYS, 2012.
[7] ČEPS a. s., Monitorovací systém TECHSYS, Ostrava: ČEPS, 2014.
[8] TECHSYS, Sestava sledovaných veličin, Ostrava: TECHSYS, 2014.
[9] „http://www.otlm.eu/,“ [Online].
18
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obrázek 1 - Logo společnosti ČEPS, a. s. [1] ............................................................................ 4 Obrázek 2 - Schéma SDŘS TRIS ZDP Ostrava [4] .................................................................... 6 Obrázek 3 - Ukončení optického kabelu v rozvodně [3] ............................................................ 7 Obrázek 4 - Schéma přenosové soustavy České republiky [1] ................................................... 8 Obrázek 5 - Elektrická stanice Kletné 400/110kV [3] ................................................................ 9 Obrázek 6 - Schéma rozvodny s dvojitým systémem přípojnic a pomocnou přípojnicí [3] ...... 10 Obrázek 7 - Silové prvky rozvoden [3] ..................................................................................... 10 Obrázek 8 - Rozvodna s trubkovými přípojnicemi (vlevo) a lanové přípojnice (vpravo) [3] ... 11 Obrázek 9 - Monitorovací systém TECHSYS [7] ..................................................................... 12 Obrázek 10 - Nejčastěji sledované provozní veličiny transformátorů [5] ............................... 12 Obrázek 11 - Sestava s okamžitými hodnotami hlavních sledovaných veličin [8] ................... 13 Obrázek 12 - Intenzita poruch s monitoringem a bez monitoringu [5] .................................... 14 Obrázek 13 - Popis zařízení OTLM [9] ................................................................................... 15 Obrázek 14 - Základní obrazovka OTLM Centra [9] .............................................................. 16 Obrázek 15 - Graf vygenerovaný OTLM Centrem [9] ............................................................. 16 Obrázek 16 - Monitoring teplot na vedení v TECHSYS [7] ..................................................... 17 19