水力發電廠中的無線通訊

易用的高性價比解決方案

Niederhausen 水力發電廠中的發電機

Niederhausen 水力發電廠中的發電機

Niederhausen 水力發電廠的運營活動也包含監測附近蓄水池的水位。記錄的數值及洪水和地下水排水幫浦的運行狀態均通過 Trusted Wireless 無線系統傳輸至安裝在一座塔內的主無線模組。

資料再由主無線模組經過 SHDSL 數據機轉發至位於發電場內的中心控制器。

應用

Rhineland-Palatinate 州的 Niederhausen 市不僅因 Weinbergen 的美景而聞名。該地區還擁有一座容量 800,000 立方公尺的水庫,吸引了眾多業餘運動員以及來此休閑放鬆的人們。

水庫不僅是當地人的休閑勝地,也是 Nahe-Hunsrück 地區電力供應的重要組成部分。這是因為,屬于 Essen 市的 RWE 集團的一座發電廠和一座變電站便坐落水庫岸邊。發電場和變電站的運營方是 RWE 股份公司和 RWE 電力 (RWE Power) 股份公司。

解決方案

高度差決定發電量

1926/1927 年間,原 Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft 建立了一座 110/20 kV 變電站,並鋪設了從 Koblenz 到 Niederhausen 的 110 kV 複綫。由於建設變電站的同時建立了一座可與其配套的水力發電廠,該市成為了一個重要地區。因此,1928 年,能源生產商首次實現將 Niederhausen 的水電輸往幹線系統。 

Niederhausen 水力發電廠現在仍是 Rhein-Nahe-Hunsrück 地區最大的發電廠之一。目前,該發電廠向約 1400 個客戶供電。水庫在發電過程中具有重要作用。水庫的水通過 760 公尺長的導水渠輸送到兩個安裝在發電廠廠房內、垂直佈置的轉槳式水輪機。發電機與水輪機通過立軸連接,並由波浪的旋轉運動驅動。隨後,水通過位置較低的尾水渠流回區域內。

發電量取決於導水渠和尾水渠之間的高度差。這意味著,如果在發生洪水時,尾水渠水位上升,相對於導水渠的高度差減少,則發電量會降低。水渠內的最佳流速大約是每秒 45 立方公尺。在這一流速下,兩台水輪機均能最大程度發電。

監測站將訊號轉發至主無線模組

該水庫配有堰系統,用於控制供給導水渠的水量。為確保發電廠可靠運行,需要對水庫水位進行監測。因此,需要測量水位,監測洪水和地下水幫浦。水庫周邊安裝了無線系統,以便持續監測水幫浦的運行狀態和水位。在這種情況下,電纜解決方案過於複雜、昂貴。其中一座塔被用作菲尼克斯電氣的 Trusted Wireless 系統的中心點。廠房內配有控制盒,其中包含與 PROFIBUS 閘道相連接的主無線模組。

水位控制室和三個小型幫浦站被用作附加監測站。無線模組與類比或數位輸入輸出設備組合,安裝在四座廠房內。無線元件將訊號傳輸至塔內的主無線模組。在水位控制室內可持續記錄水庫內的水位,從而使員工可快速應對任何變化。在過去,員工們必須自行根據洪水標記讀取資料,這非常耗時。在小型幫浦站中可記錄來自幫浦的故障訊息,並以無線方式轉發至塔內的主模組。

水位控制室/堰系統和塔  

水位控制室/堰系統和塔之間的瞄準線

菲尼克斯電氣的 PROFIBUS SHDSL 數據機是適於此處的高性價比解決方案。數據機安裝在塔內,並與 PROFIBUS 閘道連接。第二部設備位於發電廠廠房控制櫃中的 Vipa 控制器附近。Vipa 控制器作為 PROFIBUS DP 主機,可記錄廠房內生成的所有訊號。該控制器通過 SHDSL 數據機連接到 PROFIBUS 閘道(PROFIBUS 從設備)。塔內控制盒中安裝的 PROFIBUS 閘道使用其 RS-232 介面與屬於 RAD-Line Serial 產品範圍的主無線模組通訊。

主無線模組可與四個遠端中繼器/從無線設備建立連接,這使得系統可以擴展到最多十個無線模組。瞄準線清晰的情況下,Trusted Wireless 技術通常能夠覆蓋相距兩公里的兩台設備。各中繼器/從無線模組均可通過可並列安裝的 I/O 擴展元件記錄訊號,並同時將資料傳輸到其他無線設備。中繼器功能使得覆蓋距離延長,並避開障礙物。

SHDSL 數據機保證有線通信的可靠性

據 RWE 電力股份公司(位於 Bernkastel-Kues)的 Bernhard Beicher 稱,由於 Niederhausen 水力發電廠的控制技術將要升級,因此已對無線系統進行了相應配置,以記錄更多訊號。其中便包括將電機電流輸送到幫浦。如上所述,在塔內記錄訊號,然後直接通過 PROFIBUS 閘道將其轉換為 PROFIBUS 協議。但控制器安裝在約 800 公尺之外的發電廠廠房內。為了連接中心控制器和 PROFIBUS 閘道,主管人員使用了現有的有線連接,以降低成本。但有線連接僅採用銅電纜,因此無法用於傳輸 PROFIBUS 訊號。其原因在于因傳輸速率的問題,可傳輸區段長度限於 100 公尺以內。

傳輸速率為自動設定

RAD-Line Serial-IO 無線解決方案工作於免費且無需許可的 2.4 GHz 頻帶。無線模組可採用免費軟體進行配置。嚮導會指引使用者完成必要步驟。閘道也易於作為從設備,通過其 GSD 設備描述檔整合至控制器的 PROFIBUS DP 網路中。因此,現場中預定義的無線站如已進行擴展,包括了可並列安裝的類比或數位輸入及輸出模組,則此類無線站能夠方便地接入無線系統中。PROFIBUS 傳輸速率自動設定為最高 12 Mbps,換言之,無需配置。閘道的 PROFIBUS 位址通過 DIP 開關選擇。

Bernd Gumm,Niederhausen 變電站總監兼水壩管理人

Bernd Gumm,Niederhausen 變電站總監兼水壩管理人

「RAD-Line 無線模組、PROFIBUS 閘道和 SHDSL 數據機非常容易配置和啟動」,啟動負責人 Bernhard Beicher 解釋道。「對我們而言,無線通訊將繼續用作供水工程其他領域內有線解決方案的實用替代方案」,Niederhausen 變電站總監 Bernd Gumm 補充道。

用於 I/O 和串列資料的可靠無線系統

菲尼克斯電氣穩定而可靠的 Trusted Wireless 技術非常適合在工業系統內週期性長距離傳輸少量資料,傳輸距離最遠可達三公里。數位開關訊號和類比感測器訊號由 RAD-Line I/O 模組記錄並轉發。該產品可用作單雙向兩用系統。除點對點和點對多點連接外,利用中繼器也可避開障礙物,延長覆蓋距離。

摘要

RAD-Line Serial 產品範圍使得串列資料能夠通過 RS-232、RS-422,或 RS-485 介面傳輸,也使得數位訊號能夠在網狀網路中傳輸。在包含一個主模組和 254 個從模組的無線網路中,各從模組均可作為中繼器。系統元件易於使用,獲得 94/9/EC (ATEX) 和 IECEx 指令認證,這意味著這些系統元件可以在國內或國際範圍內、在潛在爆炸危險區域(2 區)內使用。

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