Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №12 (18) Декабрь 2007 / Статьи и обзоры оборудования

Автоматизированные системы управления технологическими процессами подстанций магистральных и распределительных сетей

В настоящее время в российской энергетике одной из важнейших задач является повышение экономической эффективности энергообъектов и всей энергосистемы в целом. Единственным решением этой задачи является внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами подстанций (АСУ ТП ПС) магистральных и распределительных сетей.

В 2006 году в Великих Луках, на базе ЗАО «Завод электротехнического оборудования» создано предприятие — ООО «ЭНЕРГОКОНТРОЛЬ АВТОМАТИЗАЦИЯ», основное направление деятельности которого — разработка, проектирование и внедрение систем релейной защиты и АСУ ТП ПС на базе компонентов является разработчиком и производителем. В настоящее время мы сотрудничаем с двумя подразделениями этой компании GE Multilin и GE Energy.

C нашей стороны, выбор в пользу сотрудничества с General Electric был сделан не случайно. Подразделения этой компании разрабатывают и производят практически весь спектр компонентов для построения современных систем релейной защиты и автоматики (РЗА) на все классы напряжений, систем АСУ ТП ПС, а также систем мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования.

По нашему мнению, комплектование подстанции системами, собранного из компонентов фактически одного производителя — в нашем случае General Electric, имеет преимущества перед применением систем разных фирм. Например, будут исключены проблемы с интеграцией различных систем и подсистем в АСУ ТП ПС, что иногда имеет место из-за различий в протоколах обмена данными (иногда даже в протоколах одного типа). Эксплуатирующему персоналу будет проще осваивать и работать с техникой, имеющей одну техническую концепцию. Обучение персонала, консультации, гарантийное и сервисное обслуживание будет проводиться одной фирмой, специалисты которой будут иметь глубокие знания о работе и взаимодействии всех систем: защиты, управления и мониторинга.

GE Multilin является разработчиком и производителем микропроцессорных терминалов защит нескольких серий, но наиболее полнофункциональной является серия UR (Universal Relay — универсальные реле), терминалы которой предназначены для построения систем РЗА объектов производства, передачи и распределения электроэнергии на напряжение от 110 до 750 кВ (нижеприведенный материал по терминалам защит подготовлен по материалам GE Multilin, Канада).

Терминалы серии UR — это устройства, построенные на единой платформе. Конструктивно построены по модульному принципу (рисунок 1), что позволяет производить замену, или установку дополнительных модулей не разбирая реле и не демонтируя подключенных к нему проводов (если реле смонтировано в шкафу). На рисунке 2 показан внешний вид терминала серии UR. 

Модули, из которых построены терминалы максимально унифицированы, могут устанавливаться в различные реле, что в эксплуатации позволяет экономить на комплекте ЗИП.

В функциях терминалов можно выделить четыре основные возможности

1. Защита и управление

Серия UR обладает самыми полными и усовершенствованными алгоритмами защиты на рынке, так как уникальные запатентованные алгоритмы защиты в терминалах этой серии обеспечивают не имеющей себе равных период безотказной работы системы и ее надежности. Для поддержки функций защиты и управления в терминалах имеются различные виды и формы входов/выходов. Предусмотрены также статические твердотельные реле с высокой коммутационной способностью, быстрым срабатыванием и временем возврата для выполнения задач прямого отключения.

2. Мониторинг и измерение

Терминалы обладают широкими возможностями мониторинга и измерения, в том числе и основными функциями цифрового аварийного регистратора. Измеряемые величины: синхронные векторы, векторы тока и напряжения, симметричные составляющие тока и напряжения, активная, реактивная и полная мощность, коэффициент мощности, энергия и частота, действующее среднеквадратическое значение тока за период. Терминалы также производят: осциллографирование, регистрацию событий, регистрацию данных, записи о КЗ, мониторинг цепей отключения.

Заложенная в терминалы серии UR непрерывная самодиагностика позволяет обеспечить высокую степень надежности системы защит.

3. Программирование

Терминалы поставляются с эффективными программными инструментами, что позволяет настроить функции защиты и управления в соответствии с требованиями заказчика. Использование гибкой логики FlexLogic™ значительно упрощает конфигурирование терминала, сводит к минимуму потребность в дополнительных промежуточных реле и проводных соединениях, и в то же время даже сложные схемы делает легкими для воплощения. Эту логику, определяющую взаимодействие входов, элементов и выходов, можно программировать в условиях эксплуатации, последовательно преобразовывая логические уравнения. Распределенная гибкая логика предоставляет возможность использовать входы/выходы удаленных устройств в дополнение к аппаратным, а через порты осуществлять связь с другими терминалами.

Определяемые пользователем защитные функции возможно выполнить на элементах FlexElement™. Элемент гибкой логики можно запрограммировать таким образом, чтобы он реагировал на: любое измеряемое терминалом значение, любой сигнал или разность любых двух сигналов, величину или скорость изменения входного сигнала, например повышение напряжения обратной последовательности, низкий коэффициент мощности, разница температур и другие. Использование FlexElement™ позволяет наилучшим образом запрограммировать терминал в соответствии с требованиями.

В терминалах серии UR заложены стандартные кривые МТЗ с выдержкой времени (формы кривых IEEE, МЭК, GE тип IAN, и I2t). Для тех случаев когда необходимы другие кривые, пользователь, при помощи средств FlexCurves™ может получить желаемую характеристику срабатывания.

4. Каналы связи

Терминалы серии UR предоставляют широкий выбор каналов связи и протоколов, поддерживающих новые и существующие инфраструктуры связи. Возможности выбора передачи данных по сети включают оптоволокно Ethernet c возможностью резервирования, порты RS422, RS485, интерфейсы G.703 и C37.94.

Терминалы поддерживают протоколы связи МЭК 61850, UCA 2.0, DNP 3.0, Modbus, МЭК 60870-5-104 и протокол EGD (Ethernet Global Data). Эти протоколы обеспечивают легкое встраивание в систему автоматизации, они интегрированы в терминал, что исключает возможность применения внешних конверторов протоколов.

Терминалы серии UR обладают свойством передачи данных с прямых входов/выходов, которое обеспечивает обмен двоичными данными между несколькими терминалами по выделенному оптоволокну через порт RS422 или интерфейс G.703.

Используя оптоволоконные соединения и свойства прямых входов/выходов можно без дополнительного коммутационного оборудования присоединять к сети устройства UR, расположенные на расстоянии до 100 км. 

GE Energy является разработчиком и производителем компонентов и программного обеспечения для построения систем АСУ ТП для энергообъектов, а также систем мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования FARADAY™tMEDIC, Intellix® и HYDRAN® (нижеприведенный материал подготовлен на основании справочных публикаций GE Energy, Канада).

Интегрированная система управления подстанцией — iSCS, разработанная компанией General Electric, строится как распределенная и территориально рассредоточенная трехуровневая система, базирующаяся на дублированной локальной вычислительной сети, на основе оптоволокна и витой пары.

К нижнему уровню относятся устройства, которые непосредственно связаны с объектами контроля и управления. С их помощью обеспечивается сбор информации и выдача команд управления. В качестве таких устройств применяются микропроцессорные контроллеры D25 (рисунок 3).

Также к устройствам нижнего уровня относятся: система РЗА, tMEDIC и другие системы, например технологическое видеонаблюдение.

Устройства нижнего уровня обеспечивают

  • сбор и первичную обработку аналоговой и дискретной информации;
  • осциллографирование токов и напряжений;
  • выдачу команд управления;
  • технический контроль электроэнергии;
  • присвоение метки времени;
  • самодиагностику.

Средний уровень образуют средства локальной вычислительной сети, объединяющие рабочие станции системы, а также дублированное центральное вычислительное устройство системы на базе высокопроизводительного контроллера D200 (рисунок 4), предназначенное для дополнительной обработки информации, поступающей от устройств нижнего уровня и интегрированный подсистем. Система как правило строится так, что два устройства D200 работают в режиме «горячего» взаимного резервирования.

Устройства среднего уровня обеспечивают

  • передачу информации на устройства верхнего уровня с дополнительной обработкой;
  • передачу команд управления от устройств верхнего уровня на устройства нижнего уровня;
  • синхронизацию компонентов системы.

Верхний уровень образуют два взаимно резервированных высокопроизводительных сервера, а также локальные автоматизированные рабочие места.

Устройства верхнего уровня обеспечивают

  • интерфейс оператора и инженеров подстанции;
  • ведение архивов;
  • формирование отчетов;
  • анализ осциллограмм;
  • удаленный доступ;
  • обмен информацией с диспетчерским пунктом.

Структурная схема АСУ ТП подстанции приведена на рисунке 5. 

Системы мониторинга, управления и диагностики высоковольтного трансформаторного оборудования представлены подразделением GE Energy тремя торговыми марками: HYDRAN®, Intellix®, FARADAY™tMEDIC.

Датчики системы HYDRAN® (рисунок 6) представляют собой экономичное, но мощное устройство мониторинга трансформаторов.

Они обеспечивают в режиме реального времени измерение влаги и газов-индикаторов в трансформаторном масле. Опционально, в комплексе с внешними датчиками и математическими моделями трансформатора могут обеспечить мониторинг любого маслонаполненного электрооборудования с целью обнаружения зарождающихся повреждений.

Система мониторинга Intellix MO150 (рисунок 7) включает все необходимое для решения большинства преобладающих видов отказа оборудования: встроенную систему датчиков, модели для выполнения анализа и средства обработки данных. Она отличается большим количеством контролируемых параметров и большим количеством моделей диагностики. Например, используется модель износа изоляции, вычисляющая показатель износа в соответствии с указаниями IEEE или IEC, модель эффективности охлаждения, выполняющая мониторинг реальной эффективности системы охлаждения и другие.

Система мониторинга трансформаторов FARADAY™tMEDIC наиболее полная и развитая система управления и диагностики трансформаторного оборудования. Эта система осуществляет комплексный мониторинг и интерактивную диагностику состояния при помощи набора датчиков, включая HYDRAN®, а также обладает возможностью интегрироваться в системы автоматизации подстанций и обеспечивать связь с другими интеллектуальными электронными устройствами. Пакет FARADAY™ tMEDIC™ способен выполнять мониторинг и онлайновую диагностику, позволяя обнаруживать большую часть самых распространенных аварийных ситуаций — это помимо таких мгновенных катастрофических явлений, как удар молнии. В большинстве случаев обнаружение происходит еще до того, как агрегат подвергнется катастрофическому отказу; тем самым исключается дорогостоящая замена, затраты на ликвидацию последствий аварии и внеплановый останов. Раннее обнаружение потенциальных проблем с трансформатором является жизненно важным для продления срока службы ключевых трансформаторов, принося значительные деловые и эксплуатационные преимущества.

ООО «ЭНЕРГОКОНТРОЛЬ АВТОМАТИЗАЦИЯ» имеет возможность работы с каждым из описанных видов оборудования. На нашем предприятии предусмотрено обучения эксплуатационного персонала не только после монтажа на объекте, но и нашими специалистами на специальных учебных комплектах защит, размещенных в цехе.

Таким образом, современные средства релейной защиты GE Multilin, и средства мониторинга и автоматизации GE Energy, разработанные специально для применения в электроэнергетике, позволяют построить безопасную, надежную и экономически эффективную систему автоматизации практически для любого энергообъекта.

М. Ю. ФОМИН,
начальник отдела маркетинга
ЗАО «ЗЭТО».